martes, 25 de febrero de 2020

Reseña histórica y técnica de los motores Semi Diésel de cabeza caliente, en inglés conocidos como Hot Bulb engines, en alemán Gluhkopf motor

En esta ocasión trate de hacer un articulo lo más completo posible sobre estos particulares motores que fueron quedando en el pasado pero que formaron parte importante de la historia de los motores de combustión interna. Comencé por su historia y luego con la explicación técnica de su funcionamiento.

Estos motores inventados cronológicamente después del motor Otto de 4 tiempos y antes del motor diésel de Rudolf Diesel, fueron usados durante todo el siglo 20 en embarcaciones, usinas, fabricas y para propulsar pequeñas locomotoras y tractores. 
En nuestra colección de motores contamos con 3 de este tipo:
1 Motor Leisnig alemán  de entre 1915 a 1925 fabricado por Leisnig Motorenfabrik G,M.B.H. en proceso de restauración.
1 Motor Fraire Hnos. hecho en La Plata, Argentina, hay muy pocos datos por lo que no podemos saber a ciencia cierta su edad y si se hacían completamente aquí o con componentes importados, pero es muy parecido al Leisnig alemán.
1 Tractor Pampa argentino con motor de este tipo y copiado en la década de 1950 del tractor alemán Lanz Bulldog.


Motor Leisnig

Tractor Pampa



                                                                             





 




Motor Fraire











Historia:

El primer motor de este tipo fue inventado por Herbert Akroyd Stuart (28/1/1864 – 19/2/1927) nacido en Yorkshire, Inglaterra, lo patento en 1890, poco antes que Rudolf Diesel  patentara su motor en 1893.
Akroyd Stuart patento su motor para Richard Hornsby & Sons y la patente se tituló así:
“Mejoras en motores operados por la explosión de mezclas de vapor combustible o gas y aire
Los motores fueron construidos a partir del 26 de junio de 1891 como “Hornsby- Akroyd”.
A partir de allí se utilizó este concepto de motor por otros fabricantes de Europa y EEUU.
Según relata el Anson Engine Museum de Inglaterra, “El Hornsby- Akroyd fue un éxito instantáneo y se construyeron un total de 32.417 motores de este tipo. Sus usos fueron numerosos y se produjeron en forma horizontal y vertical, estacionarios y portátil. En 1896 se utilizó para impulsar el primer tractor petrolero y la primera locomotora petrolera. En 1905 un tractor con motor Hornsby- Akroyd de 20 Hp fue el primer tractor oruga del mundo”.
Este tipo de motores de cabeza caliente se hicieron muy populares ya antes de la primer guerra mundial (1914-1918), reemplazando a los motores de petróleo y de gas pobre. En el Norte de Europa eran muy utilizados en pequeñas embarcaciones de Río y de Canal. Bolinder lo comenzó a hacer en Suecia desde 1904, Tuxham en Dinamarca.
En las costas alemanas surgieron algunos fabricantes, varios de ellos no prosperaron luego de la gran guerra.
La firma Heinrich Lanz AG de Mannheim, Alemania fabricante de maquinaria agrícola, luego de ver interrumpida su producción durante la primera guerra mundial para fabricar aeronaves, retomo la fabricación de productos agrícolas y en 1921 incorpora el motor semi diésel de cabeza caliente a un tractor. El diseño fue realizado por el Ing. Fritz Huber. Debido al aspecto del tractor parecido a los perros bulldog fue llamado Lanz Bulldog.
Años más tarde los diseños de Lanz fueron reproducidos con éxito por Le Percheron en Francia, Landini en Italia, Pampa (IAME, DINFIA, DINELA) en Argentina, Ursus en Polonia, Kelly & Lewis en Australia, Lanz Iberica en España, cada uno con sus particularidades.
En 1928 los motores semi diésel de cabeza caliente lideraban la lista de motores para barcos de pesca y de canal y había 14 constructores solo en Alemania. Para 1958 en toda Europa para las  embarcaciones de Río y Canal aún llevaban ventaja los motores semi diésel respecto de los diésel en una relación de 51 : 31.

Principio de funcionamiento y características

Mientras en los motores diésel el combustible se auto inflama debido a la alta temperatura del aire que se consigue al comprimirlo dentro de la cámara de combustión, en los semi diésel que tienen una relación de compresión menor se consigue la inflamación al producirse la inyección de combustible sobre un punto o zona caliente de la tapa de cilindros. Por esa razón el nombre de cabeza caliente o Hot Bulb en inglés o Gluhkopf en alemán que significan lo mismo.
En la mayoría de estos motores esta zona incandescente o caliente es una cámara o pieza auxiliar adjunta a la cabeza o tapa de cilindro. En los primeros esa pieza auxiliar tiene forma de bola o esfera maciza, luego han ido adoptando diversas formas de cuña o cónica.
Para lograr la puesta en marcha de estas máquinas es necesario calentar mediante una lámpara de querosene o soplete de gas la zona caliente de la cabeza, ya sea la bola, la cuña o el cono hasta una temperatura tal que al introducirse el combustible por el orificio de inyección este se vaporice. Algunos motores venían con dispositivos eléctricos como grandes bujías de precalentamiento o sistemas de encendido a chispa para iniciar el motor con nafta y una vez arrancado y caliente pasarlo a un combustible más pesado.
Digo combustible más pesado porque estos motores no solo podían funcionar con gasoil sino que también funcionaban con fuel oil, aceites, querosene e incluso aceites de origen vegetal o animal. Ello se lograba también porque a diferencia de los motores diésel que tienen sistemas de inyección de alta presión (150 a 350 Bar) y de precisión, los semi diésel tienen un sistema de inyección más simple de baja presión (10 Bar o menos) y no necesitan una tobera sino un inyector simple de paso calibrado.
Solo en pocos casos tenían motores o burros de arranque, en la gran mayoría se consigue el arranque una vez caliente balanceando hacia un lado u otro el volante, en ciertas ocasiones arrancan al revés, luego se le baja las rpm al ritmo de balanceo hasta logra el giro contrario. Los motores grandes se arrancaban con el método de insuflar aire comprimido al cilindro como en los motores diésel de gran tamaño.
Estos motores no tienen válvulas ni árbol de levas ya que adoptan el principio de funcionamiento de 2 ciclos o tiempos, con carter seco y con válvulas tipo flaps para permitir el ingreso de aire al motor.

                                1° Tiempo o ciclo

El primer ciclo comienza con el pistón en el PMI punto muerto inferior las lumbreras de escape y admisión abiertas, el pistón en su carrera ascendente se carga de aire que llega por la lumbrera de admisión barriendo los gases que quedaron del ciclo anterior, enviándolos al exterior por la lumbrera de escape.
Este efecto de barrido se logra gracias a que en el ciclo anterior se produjo una pre compresión de aire en el carter.

                                 2° Tiempo o ciclo

Cuando el pistón llega al PMS punto muerto superior el aire con el combustible vaporizado que se inyecto sobre el punto caliente producen la expansión de los gases que empujan al pistón produciendo un trabajo. El ciclo de expansión tanto en los motores diésel como semi diésel varía de acuerdo a la velocidad del motor pero la combustión continúa unos 20 a 30 grados de cigüeñal después del PMS. La máxima presión de los gases se logra alrededor de los 10 grados después del PMS. La antedicha producción de trabajo es lo que da la potencia al pistón que traslada el trabajo al cigüeñal.
Finalmente el pistón en su carrera descendente hacia el PMI descubre la lumbrera de escape y los gases salen al tubo de escape, a su vez en este ciclo las válvulas flaps del carter se cierran y el aire que por allí se había aspirado al carter se pre comprime a una presión que hace que al descubrirse la lumbrera de admisión este aire ingresa a presión al cilindro produce el barrido de los gases hacia el escape como mencione en el ciclo anterior. Este aire es suficiente para barrer los gases y llenar el cilindro con aire fresco para comenzar el primer tiempo o ciclo nuevamente.


En esta imagen de la tapa de cilindros del motor Leisnig vista de arriba se ve abajo la pieza postiza que va arriba que es su cabeza caliente y en este caso tiene forma cónica abajo y esfera arriba

 

Pieza caliente cónica del motor del tractor Pampa


Pistón y biela del tractor Pampa


Otra toma de la cabeza del pistón del tractor Pampa


Pistón y biela del motor Fraire Hnos.






Lubricación

Como son motores de 2 tiempos con carter seco necesitan un sistema de lubricación distinto al del motor diésel convencional. Esto es lo que los hace consumir más aceite ya que a diferencia del diésel 4 tiempos donde el depósito de aceite es el carter y una bomba de engranajes moviliza el aceite a presión hacia los diferentes puntos de engrase y luego retorna el aceite nuevamente al carter en un ciclo cerrado en los motores de 2 tiempos es necesario tener una maquina externa que lleva aceite por cañerías independientes hacia los distintos puntos de engrase, el cilindro, los cojinetes de bancadas del cigüeñal y de biela. La bomba lubricadora es movida por el mismo motor y entrega aceite en cantidad pre calculada a cada punto de engrase, el exceso de aceite en pequeños motores no se recupera, en motores más grandes se vuelve a filtrar y retorna al depósito de aceite que está por encima de la maquina aceitera para recibir el aceite por gravedad.
                                                        

Bomba lubricadora Bosch de una entrada y 3 salidas, a medida que gira envía gotas de aceite 


Regulación de la velocidad

Para lograr una velocidad de funcionamiento estable cuentan con un regulador centrifugo en algunos casos en el volante del motor y en otros casos en otro lugar, el procedimiento es que la bomba de inyección es impulsada por una leva cónica o cuña que varía la cantidad inyectada de acuerdo a la posición de la cuña (que modifica el recorrido del embolo de inyección), la que es desplazada en un eje por el regulador de pesas centrifugas (tipo de Watt) en contraposición con un resorte y de esa manera poder lograr un número de revoluciones estable del motor. Al apretar el resorte se aumentan las revoluciones y al aflojarlo se bajan.



Eje suplementario movido por un engranaje, en el se aprecia la leva cónica la cual impulsa el embolo inyector y el conjunto de contrapesos


El elemento bombeante que apoya sobre la leva cónica y que de acuerdo a la posición de esta entrega más o menos combustible



El inyector no tiene aguja ni resorte de presión, es solo un tubo hueco que atraviesa la tapa de cilindro apuntando al punto caliente (bulbo, esfera o cono). En la punta tiene un paso calibrado por donde inyecta a baja presión el combustible que recibe del elemento bombeante.


Refrigeración

En todos los casos se trata de motores refrigerados por agua, ya sea por el método de termosifón con un tanque auxiliar y un radiador en algunos casos con paletas movidas por el motor que hacen circular aire por los radiadores. En los motores de embarcaciones con una bomba de agua accionada por el mismo motor y que hace circular el agua que toma del río como en cualquier motor marinizado volviendo el agua al río.

Ventajas

Simplicidad en la construcción, menor cantidad de piezas, no tiene válvulas ni árbol de levas ni bomba inyectora e inyectores.
Baja relación de compresión, la presión de compresión es de entre 10 y 15 Bar y como las rpm de funcionamiento son bajas entre 500 y 1000 rpm, los hace eternos.
Tener en cuenta que al ser 2 tiempos hay una presión efectiva en cada ciclo descendente del pistón a diferencia de los diésel 4 tiempos donde cada 2 giros del cigüeñal hay una presión efectiva lo que los hace más potentes a los 2 tiempos en relación a los 4 tiempos para una misma cilindrada de motor.
Pueden quemar todo tipo de combustibles más pesados que el gasoil.

Desventajas

Más vibraciones
Sonido distinto. Para algunos muy agradable
Mayor consumo de combustible
Mayor humo por el escape, dependiendo del combustible que se use.
Arranque trabajoso y problemático comparativamente con el motor diésel debido a tener que precalentar la tapa con un soplete.
Limpieza frecuente del sistema de escape por la acumulación de carbón.
Consumo de aceite más elevado.



domingo, 9 de febrero de 2020

NUESTRO MOTOR MAS ANTIGUO GARDNER 1ACR DE 1906

El año pasado un amigo nuestro Horacio nos vendió 3 motores, en realidad fue un canje, el nos dio un Gardner acr1 Inglés, un Liesnig Alemán de la década del 30 y un Jenbach JW15, todos desarmados a cambio de un grupo electrógeno actual funcionando.
Motor Jenbach ya tenemos uno pero nos interesaban mucho los otros 2. Cuando los vimos desarmados en su casa nos interesamos mucho por los motores pero también al estar desarmados completamente dudábamos sobre posibles faltantes.
El Gardner el más chico de los tres fue el que más me deslumbro, vi su biela y el magneto, la ausencia de tapa de cilindros y ya me di cuenta que se trataba de una maquina muy antigua.
después que Walter los traslado a nuestro taller pude revisar mejor las piezas y para mi sorpresa estaba completo, buscando en internet tarde días en poder encontrar de que modelo se trataba porque si bien llevaba una placa de bronce que decía Lacy Hulbert no había una placa especifica del motor.
Lacy Hulbert era porque luego averigue que este motor se usaba entre otros usos para mover compresores de aire de esa marca inglesa, probablemente para el llenado de tanque de aire para el arranque de motores de mayor tamaño.
Después de seguir buscando encontré en un foro del año 2017 que un usuario Ingles mostraba un motor igual haciendo referencia que el sabía que hasta ese momento solo había 2 ejemplares en Inglaterra el de él y otro en el museo "National Waterways Museum Gloucester", y un par más en Nueva Zelanda y en EEUU. Así pude identificar el modelo y conocer que se trataba de un 1ACR.
Googleando el modelo del magneto encontré una pagina inglesa muy completa sobre magnetos donde hacía referencia a los modelos que la empresa alemana Bosch fabricaba para motores ingleses y grande fue mi alegría al encontrar un listado con los números de serie clasificados por año de fabricación. De esa manera pude reconocer que el magneto era de 1905/6, o sea que el motor debía ser de 1906.
Ingresando a la página "Graces Guide To British Industrial History"  pude encontrar la foto del motor en el museo que me fue muy útil para empezar a armar provisionalmente el motor sin limpiar nada solo para ver si estaba completo.
No solo estaba completo sino que también muy sano, el cilindro los bujes de biela y bancadas estaban íntegros. era cuestión de limpiar bien y armarlo. a pesar que muchas piezas estuvieron a la intemperie.
Hubo varios motores de esos años sin tapas de cilindros, también tenemos un Fivet Francés y un Deutz MA116, era característico en motores de los primeros años del 1900 al 1925.

Esta es la única placa que le encontramos y que hace referencia a Lacy-Hulbert la emblemática empresa inglesa fabricante de compresores y accesorios neumáticos.


El block del motor donde tiene en su fundición la marca del motor


Esta es la foto que encontré del museo Inglés donde se encuentra un ejemplar y que me fué útil para visualizar su aspecto armado


Así se encontraban las piezas desarmadas tal cual se nos trajo




Su biela cilindrica apenas la vi me di cuenta que se trataba de un motor muy antiguo


El magneto en principio parecía destruido pero al limpiarlo note que funcionaba




El carburador después de limpiarlo un poco


La cuba y el flotante


El magneto después de limpiarlo un poco y poder ver el modelo DA2 y su número de serie


El primer armado como para presentar las piezas y ver si estaba completo



Primer vídeo que hice mostrando la presentación de piezas




Luego llego la tarea de limpieza pieza por pieza


Limpieza de los contrapesos del regulador de velocidad


Válvula de escape en el block del motor absolutamente engranada, fueron días de darle un golpe para un lado y otro golpe para el otro lado mojando con líquidos hasta lograr desengranar sin romper nada



Restauración del magneto


El cilindro con el pistón ya colocado con los aros originales que tenía


Mostrando algunas particularidades en un vídeo




El armado con partes ya pintadas y sin el carter de fundición sobre soportes hechos para la ocasión


El carburador



Fue necesario fabricar una de las palancas que no estaba


Soldamos las roturas del flotante y fabricamos una aguja nueva en acero plata


Primer vídeo del motor armado




Luego armamos un carro para colocar el motor con ruedas hechas por nosotros 




Vídeo del motor sobre el carro



















































CLASIFICACION Y DATOS DE LOS EQUIPOS DE INYECCION DE LOS MOTORES DEUTZ VEHICULARES DESDE FINALES DE LAS DECADAS DE 1970 HASTA LOS PRIMEROS AÑOS DE LA DECADA DEL 2000

  Desde finales de la década de 1970 y hasta los primeros años de la década del 2000, han salido de fabrica motores con diferentes equipos d...