Hispanopedia WikiEl motor Otto es un motor de combustión interna de cuatro tiempos, monocilíndrico y de gran tamaño , diseñado por el alemán Nicolaus Otto . Era una máquina de bajas revoluciones por minuto y solo se activaba en cada segundo tiempo debido al ciclo Otto , también diseñado por Otto.
Tipos
Los inventores alemanes Nicolaus Otto y su socio Eugen Langen diseñaron tres tipos de motores de combustión interna . Los modelos fueron un motor de compresión fallido de 1862, un motor atmosférico de 1864 y el motor de ciclo Otto de 1876, conocido hoy como motor de gasolina . Inicialmente, los motores se utilizaron en instalaciones estacionarias, ya que Otto no tenía interés en el transporte. Otros fabricantes, como Daimler, perfeccionaron el motor Otto para su uso en el transporte. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Cronología
Nicolaus August Otto, siendo joven, era vendedor ambulante de una empresa de comestibles. En sus viajes conoció el motor de combustión interna construido en París por el belga Jean Joseph Etienne Lenoir . En 1860, Lenoir logró crear un motor de doble efecto que funcionaba con gas de alumbrado con una eficiencia del 4%. El motor Lenoir de 18 litros (1100 pulgadas cúbicas ) solo producía 2 hp (1,5 kW ) .
En 1861, al probar una réplica del motor Lenoir, Otto se percató de los efectos de la compresión en la carga de combustible. En 1862, Otto intentó crear un motor que mejorara la baja eficiencia y fiabilidad del motor Lenoir. Intentó diseñar un motor que comprimiera la mezcla de combustible antes de la ignición, pero fracasó, ya que dicho motor no funcionaba más de unos pocos minutos antes de averiarse. Muchos ingenieros también intentaron resolver el problema sin éxito. [ 4 ]
En 1864, Otto y Eugen Langen fundaron la primera empresa de producción de motores de combustión interna, NA Otto and Cie (NA Otto and Company). Ese mismo año, Otto and Cie logró crear un motor atmosférico exitoso. [ 4 ]
La fábrica se quedó sin espacio y se trasladó a la ciudad de Deutz, Alemania, en 1869, donde la empresa pasó a llamarse Gasmotoren-Fabrik Deutz (Fabricante de Motores de Gas Deutz). [ 4 ]
Gottlieb Daimler era el director técnico y Wilhelm Maybach el jefe de diseño de motores. Daimler era armero y también había trabajado anteriormente en el motor Lenoir. [ 5 ]
En 1876, Otto y Langen lograron crear el primer motor de combustión interna que comprimía la mezcla de combustible antes de la combustión, consiguiendo así una eficiencia mucho mayor que la de cualquier otro motor creado hasta entonces.
Motor atmosférico
La primera versión del motor atmosférico utilizaba un diseño de columna estriada, obra de Eugen Langen. Este motor transmite la potencia hacia arriba mediante un sistema de cremallera y piñón que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento rotatorio. La relación de expansión de este motor era mucho más efectiva que la del motor Lenoir de 1860, lo que le confería una eficiencia superior .
El motor Lenoir era un motor que quemaba combustible sin intentar primero comprimir la mezcla de combustible. El motor atmosférico Otto/Langen funcionaba con una eficiencia del 12% y producía 0,5 hp (0,37 kW) a 80 rpm . En la competición de la Exposición Universal de París de 1867, superó fácilmente la eficiencia del motor Lenoir y ganó la medalla de oro, allanando así el camino para su producción y venta, lo que financió investigaciones adicionales.
La primera versión utilizaba un bastidor para estabilizar la cremallera. Este se eliminó pronto al simplificarse el diseño. Los motores posteriores también prescindieron del cilindro acanalado. El motor atmosférico utilizaba un sistema de encendido por llama de gas y se fabricaba con potencias de 0,25 a 3 hp (0,19 a 2,24 kW) .
Cuando en 1872 NA Otto & Cie se reorganizó como Gasmotoren-Fabrik Deutz , la dirección eligió a Daimler como gerente de fábrica, pasando por alto incluso a Otto, y Daimler se unió a la compañía en agosto, llevándose consigo a Maybach como diseñador jefe. [ 6 ] Si bien Daimler logró mejorar la producción, la debilidad del diseño de pistón vertical de Otto, junto con la obstinada insistencia de Daimler en los motores atmosféricos, llevó a la compañía a un punto muerto. [ 7 ]
A pesar de su éxito comercial, con la empresa produciendo 634 motores al año en 1875, [ 7 ] el motor Otto y Langen había llegado a un punto muerto técnico: producía solo 3 hp (2,2 kW) , pero requería entre 3 y 4 m (10 y 13 pies) de altura libre para funcionar. [ 7 ] En 1882, después de producir 2649 motores, se suspendió la producción del motor atmosférico. Ese mismo año, Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach dejaron la empresa. [ 4 ]
El ciclo Otto
Tras catorce años de investigación y desarrollo, Otto logró crear el motor de combustión interna de carga comprimida el 9 de mayo de 1876. Otto ideó una forma de distribuir la mezcla de combustible en capas dentro del cilindro para que la combustión fuera progresiva, en lugar de explosiva. A esto lo denominó carga estratificada o en capas. Esto dio como resultado una combustión controlada y un mayor recorrido del pistón dentro del cilindro, en contraposición a la explosión que destruía todos los motores intentados anteriormente. El combustible seguía siendo gas de alumbrado, al igual que los motores atmosféricos de Lenoir y los suyos propios.
Este motor utilizaba cuatro ciclos para generar energía. Actualmente se le conoce como motor de ciclo Otto . Se trata del mismo motor que se intentó construir por primera vez en 1862.
Otto centró su atención en el ciclo de cuatro tiempos, en gran parte gracias a los esfuerzos de Franz Rings y Herman Schumm , incorporados a la empresa por Gottlieb Daimler . [ 7 ] Es a este motor (el Motor Silencioso Otto), y no al motor Otto & Langen, al que se refiere el ciclo Otto. Este fue el primer motor de éxito comercial en utilizar compresión en el cilindro (patentada por William Barnett en 1838). El motor Rings-Schumm apareció en otoño de 1876 y tuvo un éxito inmediato. [ 7 ]
La disposición de los cilindros del motor de compresión era horizontal. Contaba con un control de válvula deslizante con encendido por llama de gas , lo que solucionó los problemas que Lenoir no pudo resolver con el encendido eléctrico, que era poco fiable en aquel entonces. En los 15 años previos al desarrollo del motor Otto, la potencia nunca superó los 3 hp (2,2 kW) . Pocos años después del desarrollo del motor Otto, la potencia del motor aumentó hasta alcanzar los 1000 hp (750 kW) . [ 4 ]
El motor de ciclo Otto se adaptó posteriormente para funcionar con ligroína y, más tarde, con gasolina y diversos gases. Durante la Segunda Guerra Mundial, los motores Otto funcionaron con más de 62 combustibles diferentes, como gas de madera , gas de carbón, propano, hidrógeno, benceno y muchos más. El motor está limitado a combustibles ligeros. Un desarrollo posterior de este motor, conocido como motor diésel , puede quemar combustibles pesados y aceites.
Carburador y encendido de bajo voltaje
En 1884, Deutz también desarrolló el carburador y un sistema de encendido fiable de bajo voltaje. Esto permitió, por primera vez, el uso de combustible líquido derivado del petróleo e hizo viable el uso del motor en el transporte. Este trabajo se realizó en paralelo al de Gottlieb Daimler y Wilhelm Maybach, quienes también desarrollaron un carburador que sustituyó al sistema de encendido por tubo caliente original del Daimler Reitwagen , y un sistema de encendido por magneto que sirvió de base para el magneto de la Robert Bosch Corporation . Daimler continuó el desarrollo del motor Otto para el transporte, mientras que Deutz se decantó por los motores diésel.
Pérdida de una patente
En 1886, la oficina de patentes alemana anuló la patente de Deutz, que habría estado vigente hasta 1891, debido al descubrimiento de una patente anterior para un motor de cuatro tiempos del francés Alphonse Beau de Rochas . Deutz no pudo demostrar que su sistema de inducción de carga estratificada era diferente al descrito en la patente de De Rochas y perdió su monopolio y una de sus 25 patentes. Para 1889, más de 50 empresas fabricaban motores con diseño Otto. [ 8 ]
motores estacionarios
Encendido de la bujía
Los motores Otto estaban equipados con diversos mecanismos para generar la chispa. El Otto fue uno de los primeros motores en utilizar una bujía , un dispositivo que produce una pequeña chispa eléctrica para encender la mezcla de combustible. Este mecanismo generalmente consistía en un brazo pivotante que sujetaba brevemente una palanca de interruptor de encendido y la accionaba con un tirón rápido. Luego, la palanca se soltaba y volvía a su posición original para prepararse para el siguiente ciclo. Este sistema requería una batería eléctrica externa , una bobina de encendido y un sistema de carga eléctrica similar al de los motores de automóviles modernos.
Los motores Otto posteriores empleaban un pequeño magneto directamente en el motor. En lugar de accionar un interruptor, el brazo de encendido de la bujía aplica una rotación rápida al rotor del magneto, que luego regresa a su posición original por la tensión de un resorte. Esta rápida rotación de la bobina del magneto produce un flujo de corriente muy breve que enciende la bujía y el combustible. Este diseño tiene la ventaja de no requerir una batería externa y es el funcionamiento de los motores de gasolina portátiles modernos, que incorporan la parte magnética del magneto en el volante . Los motores portátiles modernos excitan el magneto con cada rotación del volante y, por lo tanto, utilizan un interruptor eléctrico accionado por leva para evitar el encendido de la bujía excepto durante la carrera de potencia del motor (véase chispa perdida ).
Regulación de la velocidad del motor
Esta es una demostración de cómo funciona la regulación de velocidad en el motor Otto. Las bolas giratorias son el regulador centrífugo , y a medida que la máquina disminuye la velocidad, la pequeña rueda se mueve hacia la izquierda, insertando la varilla en el rodillo cercano y empujándola hacia arriba para activar la entrada de combustible y hacer girar el motor durante una revolución.
Si la máquina está bajo carga y aún funciona a baja velocidad, la leva permanece insertada y provoca que el motor se encienda repetidamente en cada ciclo de encendido. Cuando la velocidad del motor aumenta, el regulador mueve la rueda pequeña hacia la derecha y la máquina avanza por inercia sin inyectar combustible, aunque la bujía continúa funcionando sin combustible en el cilindro.
Este método de control de velocidad se conoce a menudo como método de encendido por fallo, ya que el motor falla (por falta de mezcla de combustible) en las carreras de potencia cuando gira a una velocidad superior a la regulada, pero sí funciona correctamente en las carreras de potencia cuando la velocidad es demasiado baja. No se consume combustible en las carreras de encendido por fallo.
Refrigeración del cilindro
Los motores Otto utilizan una camisa de agua que circula alrededor de la pared del cilindro, similar a los sistemas de refrigeración de motores modernos. Los motores Otto estacionarios expuestos en la Reunión de Trilladoras a Vapor del Oeste de Minnesota comparten un único radiador de gran tamaño ubicado en el exterior del edificio. Este sistema centralizado de disipación de calor a distancia también contribuye a mantener fresco el edificio de los motores.
Primer uso en el transporte
Otto y su gerente, Gottlieb Daimler, discreparon sobre el futuro del motor Otto. Mientras Otto quería producir motores grandes para aplicaciones estacionarias, Daimler deseaba producir motores lo suficientemente pequeños para su uso en el transporte. Tras un período de desacuerdo, Daimler dejó de trabajar para Otto en 1882 y se llevó consigo a Wilhelm Maybach. En 1883, Daimler y Maybach crearon un motor de 0,5 caballos de fuerza (0,37 kW) que era pequeño y eficiente. [ 9 ]
En 1885, Daimler y Maybach crearon el motor «Grandfather Clock», inspirado en parte por las ideas de Otto, y construyeron un chasis de dos ruedas a su alrededor. [ 10 ] Fue el primer motor de gasolina de alta velocidad. [ 11 ] El hijo de Daimler, Paul , fue la primera persona en montar en esta bicicleta motorizada , la Daimler Reitwagen , que es el primer vehículo motorizado con motor de combustión interna. [ 12 ]
Deutz continuó produciendo grandes motores estacionarios, mientras que Daimler se dedicó a barcos, dirigibles, locomotoras, automóviles, camiones y otros usos del transporte. Deutz es el fabricante de motores más antiguo del mundo. [ 1 ] La empresa de Daimler y Maybach, Daimler Motoren Gesellschaft , se fusionó posteriormente con Benz para formar Daimler-Benz , adoptando Mercedes-Benz como su marca de automóviles. [ 13 ]
La empresa de Otto, Deutz AG , es una de las mayores empresas productoras de motores del mundo. [ 14 ] Los motores de ciclo Otto son omnipresentes en diferentes clases de automóviles y fabricantes. [ 15 ]
Referencias
- 1 2 "Nikolaus August Otto: Inventor del motor de combustión interna" Archivado el 9 de febrero de 2018 en Wayback Machine .
- ↑ "La historia de Daimler-Benz" . Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine .
- ↑ Museo Daimler-Benz, Cannstatt, Alemania . Archivado el 10 de mayo de 2012 en Wayback Machine.
- ^ " 125 años Viertaktmotor " . Club de veteranos Nicolaus August Otto. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2011 . Consultado el 22 de mayo de 2011 .
- ↑ "Historia" . Deutz AG. Archivado el 17 de febrero de 2011 en Wayback Machine .
- ↑ Wise, David Burgess. "Daimler: Fundador del automóvil", en Northey, Tom, ed. World of Automobiles (Londres: Orbis, 1974), Volumen 5, pág. 482.
- 1 2 3 4 5 Wise, pág. 482.
- ↑ «125 años Viertaktmotor» . Club veterano Nicolaus-August-Otto. Archivado el 7 de mayo de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Gihl, Manfred (2013). Im Dienste der Feuerwehr: Gottlieb Daimler, Carl Benz und Ferdinand Porsche (en alemán). Sutton. págs. 17 a 19. ISBN 978-3-95400-133-0.
- ↑ "3 de abril: Gottlieb Daimler patentó su motor de "reloj de pie" en esta fecha de 1885" . Yahoo. 3 de abril de 2013.
- ↑ Njuguna, Marcus (16 de junio de 2022). "El Mercedes Vision EQ Silver Arrow es el prototipo de coche eléctrico más futurista hasta la fecha" . Hotcars.com .
- ↑ Gardiner, Mark (1997), Motocicletas clásicas , MetroBooks, pág. 16, ISBN 1-56799-460-1
- ↑ "Daimler AG" . Enciclopedia Británica.
- ↑ Rockman, Howard B. (2019). Derecho de propiedad intelectual para ingenieros, científicos y emprendedores . Wiley. pág. 236. ISBN 978-1-119-38197-6.
- ↑ Shukla, AK (noviembre de 2001). "Automóviles más allá de los motores de combustión interna de Otto". Resonance . 6 .
Enlaces externos
- Fotografía de Jean Joseph Etienne Lenoir
- Artículo de la Encyclopædia Britannica sobre Etienne Lenoir
- Motor Thinkquest Otto
- Museo Otto. Archivado el 23 de octubre de 2010 en Wayback Machine.
- Nicolás Otto
- Fotografía de Nicolás Augusto Otto
- Deutz AG
- Historia de Otto y Cie
- El motor atmosférico Otto original funcionando en YouTube
- Un motor Otto con encendido por válvula deslizante
- motores de pistón de combustión interna
- Control de potencia mecánica
- motores estacionarios
- Inventos alemanes