Motor a óleo Hornsby-Akroyd - Hornsby-Akroyd oil engine
O motor a óleo Hornsby-Akroyd , em homenagem ao seu inventor Herbert Akroyd Stuart e ao fabricante Richard Hornsby & Sons , foi o primeiro projeto bem-sucedido de um motor de combustão interna usando óleo pesado como combustível. Foi o primeiro a usar uma câmara de combustão de vaporização separada e é o precursor de todos os motores de bulbo quente , que são considerados antecessores do motor diesel semelhante , desenvolvido alguns anos depois.
Os primeiros motores de combustão interna funcionavam com bastante sucesso com combustíveis gasosos e leves de petróleo. No entanto, devido à natureza perigosa do petróleo e do petróleo leve, restrições legais foram impostas ao seu transporte e armazenamento. Combustíveis de petróleo mais pesados, como querosene , eram bastante prevalentes, pois eram usados para iluminação, mas apresentavam problemas específicos quando usados em motores de combustão interna: o óleo usado como combustível de motor deve ser transformado em um estado de vapor e permanecer nesse estado durante a compressão. Além disso, a combustão do combustível deve ser potente, regular e completa, para evitar depósitos que obstruem as válvulas e peças de funcionamento do motor.
Primeiros motores a óleo
A primeira menção de um motor a óleo foi feita por Robert Street, em sua patente inglesa no. 1983 de 1794, e de acordo com Horst O. Hardenberg há evidências de que ele construiu uma versão funcional. Outros motores a óleo foram posteriormente construídos por Etienne Lenoir , Siegfried Marcus , Julius Hock de Viena e George Brayton no século XIX. Em 1807, Nicéphore Niépce construiu um motor de trabalho movido a musgo e pó de carvão. o Pyreolophore , que movia um barco rio acima no rio Saône. Todos esses motores, com exceção do Brayton, eram de não compressão.
Outros fizeram ajustes no motor a óleo; William Dent Priestman e Emile Capitaine são alguns dos mais notáveis. No entanto, foi o design de Herbert Akroyd Stuart que teve mais sucesso.
Motor Herbert Akroyd Stuarts
Os primeiros protótipos de motores de Herbert Akroyd Stuart foram construídos em 1886. Em 1890, em colaboração com Charles Richard Binney , ele registrou a patente 7146 para Richard Hornsby & Sons of Grantham , Lincolnshire , Inglaterra. A patente era intitulada: "Melhorias em Motores Operados por Explosão de Misturas de Vapor ou Gás Combustível e Ar" .
Câmara de combustão de vaporização
O projeto do motor a óleo de Stuart era simples, confiável e econômico. Ele tinha uma taxa de compressão comparativamente baixa , de modo que a temperatura do ar comprimido na câmara de combustão no final do curso de compressão não era alta o suficiente para iniciar a combustão. A combustão, em vez disso, ocorreu em uma câmara de combustão separada, o "vaporizador" (também chamado de "bulbo quente") montado na cabeça do cilindro, no qual o combustível foi pulverizado. Ele era conectado ao cilindro por uma passagem estreita e era aquecido pelo refrigerante do cilindro ou pelos gases de exaustão durante o funcionamento; uma chama externa, como um maçarico, foi usada para iniciar. A autoignição ocorreu a partir do contato entre a mistura ar-combustível e as paredes quentes do vaporizador.
Ao contrair o bulbo em um pescoço muito estreito onde se prendia ao cilindro, um alto grau de turbulência foi criado quando os gases inflamados passaram pelo gargalo para o cilindro, onde a combustão foi concluída. Conforme a carga do motor aumentava, também aumentava a temperatura do bulbo, fazendo com que o período de ignição aumentasse; para neutralizar a pré-ignição, água foi pingada na entrada de ar.
Motor a óleo de quatro tempos
O motor Stuart é de design de quatro ciclos . Durante o curso de admissão (1), o ar fresco é introduzido no cilindro através de uma válvula de admissão operada mecanicamente. Simultaneamente, o óleo é injetado no vaporizador. O vapor do óleo está quase totalmente confinado à câmara do vaporizador. Esta nuvem de vapor de óleo quente é muito rica para suportar a combustão. No curso de compressão (2) do pistão, o ar fresco é forçado através do gargalo estreito e para o vaporizador. Assim que a compressão é completada, a mistura é a certa para suportar a combustão e a ignição ocorre para empurrar o pistão durante o curso de expansão (3). O gás de exaustão é liberado durante o curso (4).
Motores de bulbo quente de dois tempos
Alguns anos depois, o projeto de Akroyd-Stuart foi desenvolvido nos Estados Unidos pelos emigrantes alemães Mietz e Weiss, que combinaram o motor de lâmpada quente com o princípio de limpeza de dois tempos , desenvolvido por Joseph Day para fornecer quase o dobro da potência, como em comparação com um motor de quatro tempos do mesmo tamanho. Motores semelhantes, para uso agrícola e marítimo, foram construídos por J. V. Svensons Automobilfabrik, Bolinders , Lysekils Mekaniska Verkstad, Pythagoras Engine Factory e muitas outras fábricas na Suécia.
Comparação com o motor Diesel
O motor de Akroyd-Stuart foi o primeiro motor de combustão interna a usar um sistema de injeção de combustível pressurizado e também o primeiro a usar uma câmara de combustão de vaporização separada. É o precursor de todos os motores de bulbo quente , que são considerados uma espécie de antecessores do motor diesel semelhante , desenvolvido alguns anos depois.
No entanto, o motor a óleo Hornsby-Akroyd e outros motores de bulbo quente são distintamente diferentes do projeto de Rudolf Diesel , onde a ignição ocorre sozinha através do calor da compressão: Um motor a óleo terá uma taxa de compressão decente entre 3: 1 e 5: 1, onde um motor diesel típico terá uma taxa de compressão muito mais difícil alcançada variando entre 15: 1 e 20: 1, tornando-o muito mais eficiente. Além disso, o combustível é injetado facilmente durante o curso de admissão inicial e não no pico de compressão com uma bomba de injeção de diesel de alta pressão .
Primeiro motor a óleo de produção
Os motores de Akroyd-Stuart foram construídos a partir de 26 de junho de 1891 por Richard Hornsby & Sons em Grantham , um grande fabricante de motores a vapor e equipamentos agrícolas, como o Motor de Óleo de Patente Hornsby Akroyd sob licença e foram vendidos pela primeira vez comercialmente em 8 de julho de 1892. Outras empresas de engenharia foi oferecida a opção de fabricar o motor, mas eles viram isso como uma ameaça aos seus negócios e, portanto, recusaram a oferta.
Adaptação à ignição por compressão
Em 1892, TH Barton em Hornsbys aprimorou o motor substituindo o vaporizador por uma nova cabeça de cilindro e aumentou a taxa de compressão para fazer o motor funcionar somente com compressão anterior ao motor de Rudolph Diesel. Este projeto de motor a óleo Hornsby-Akroyd foi extremamente bem-sucedido: durante o período de 1891 a 1905, um total de 32.417 motores foram produzidos. Eles forneceriam eletricidade para iluminar o Taj Mahal , o Rochedo de Gibraltar , a Estátua da Liberdade (escolhida depois que Hornsby ganhou o prêmio de motor a óleo na Feira Mundial de Chicago de 1893), muitos faróis e para alimentar o primeiro rádio transatlântico de Guglielmo Marconi transmissão.