Classificação dos motores de pistões opostos

No livro “Opposed Piston Engines: Evolution, Use, and Future Applications”, Jean-Pierre Pirault, e Martin Flint; fazem em 2009 uma classificação pormenorizada dos motores alternativos de pistões opostos do qual se apesenta aqui um breve resumo. No “site” da internet,

www.opposedpistonengines.com, construído com o material excedentário do referido livro, também se pode encontrar uma classificação detalhada deste tipo de motores, muito semelhante à do livro, profusamente ilustrada e invulgarmente bem documentada. Assim os motores de pistões opostos podem classificar-se em 6 tipos, onde cada tipo de motor tem diversas variantes. Desta forma consideram-se os motores: sem cambota (crankless); cambota única (single crankshaft); cambota dupla (double crankshaft); cambota múltipla (multicrankshaft); Rotativo (rotary), e tambor (barrel). De seguida apresenta-se uma breve descrição de cada um destes tipos de motores e indicam-se os subtipos e principais motores correspondentes a cada uma das classificações.

1.7.1 Motores sem cambota (Crankless)

Os motores de pistões opostos sem cambota (crankless) são mais conhecidos como motores de “pistão livre" (free piston). Nesta configuração os pistões encontram-se geralmente dispostos num cilindro único, com uma câmara de combustão entre eles. O lado sem combustão dos pistões está ligado a algum tipo de mola pneumática ou câmara de ressalto que faz retornar os pistões ao seu ponto morto interior (IDC) após a combustão e expansão.

1.7.2 Motores de cambota única (Single-crank)

Existem essencialmente dois tipos de motores OP com uma única cambota, ou seja, as configurações de Wittig de cambota de três braços (three-throw) e cambota dobrada (“folded” crankshaft) ou “feixe de balanceiros” (rocking beam), dada a dificuldade de tradução destes dois termos, em caso de dúvida mantém-se o nome original em Inglês.

Motores OP com uma cambota de três braços (three-throw)

Os primeiros motores OP usavam uma única cambota de três braços, figura 22, para impulsionar dois pistões no mesmo cilindro, onde a biela central impulsionava o pistão “interior” enquanto as longas bielas laterais, desfasadas 180o _{relativamente à biela central, impulsionavam o pistão} “exterior” através de uma ligação em ponte no topo do motor.

Esta disposição de cambota única, geralmente atribuída a Wittig da Alemanha, tinha diversas vantagens. Primeiro, todo o gás e cargas de inércia estavam contidos no interior do cilindro e partes móveis, donde resulta que quase nenhumas dessas cargas se transmitem para além das

forças de reação do binário para o bloco do motor ou chumaceiras principais. No entanto, as cambotas de três braços dão origem a cambotas muito mais compridas que a dos outros motores OP de cilindrada equivalente com um único cilindro.

Figura 22 Motor de pistões opostos Doxford de cambota única. Pirault e Flint (2009)

Os motores Doxford e da CLM (Compagnie Lilloise des Moteurs) são exemplos bem-sucedidos deste tipo de motor. O primeiro com uma cilindrada unitária na ordem de 180 L/cilindro equipava grandes navios e o último de 0,7 L /cilindro era usado em aplicações diversas tais como tratores agrícolas.

Configuração de cambota dobrada ("Folded Cranktrain”)

A utilização de balanceiros, em combinação com juntas articuladas permite que os dois pistões no interior do cilindro sejam ligados a uma única cambota, figura 23. Esta configuração é muitas vezes referida como um motor "Folded" Cranktrain. Os balanceiros, que estão sujeitos a grandes cargas de flexão, são normalmente apoiados em eixos sujeitos a uma oscilação muito substancial, que devem estar interligados por elementos de elevada resistência à tração. Tal como na configuração de cambota única as cargas são suportadas exclusivamente pelo conjunto biela manivela e pelos balanceiros e respetivos eixos. Isso permite um cárter relativamente leve, com muito pouca carga sobre as chumaceiras principais da cambota, porque as cargas de cada pistão e mecanismo do conjunto biela manivela estão equilibradas entre si. Este motor é mais compacto que o de cambota única com três braços. Por vezes existe um terceiro pistão que funciona como bomba de ar.

Exemplos de produção deste tipo de motores eram a série ZG Sulzer (1936-1945) e o Rootes TS3 (1954-1974).

Figura 23 Motor OP com configuração de cambota dobrada. Sulzer (1936)

1.7.3 Motores de cambota dupla (Twin-Crankshaft)

Os arranjos de cambota dupla ou duplo eixo de manivelas (Twin-Crankshaft) para motores OP, figura 24, foram sugeridos por volta de 1881 por T. H. Lucas, mas só passaram a ser amplamente usados depois de 1910, permitindo arranjos em linha substancialmente mais compactos do que as configurações de cambota única. As duas cambotas podem ser ligadas por engrenagens dentadas, engrenagens cônicas e veio ou correntes. A configuração de dupla cambota apresenta menos vibrações de torção que a configuração de cambota única de três braços, mas dá origem a motores com um comprimento ou altura maior.

Alguns dos motores de pistões opostos mais bem-sucedidos, tais como a família de motores Junkers Jumo, os Fairbanks Morse 38D, o Rolls Royce K60, o Leyland L60, o Climax Coventry H30 e o Kharkiv Morozov TD6 possuem uma configuração de cambota dupla.

1.7.4 Motores de cambotas múltiplas (Multiple-Crankshaft)

As configurações de motores OP com cambotas múltiplas podem ser vistas como um subconjunto de sistemas de duas cambotas. Como usam essencialmente múltiplos de sistemas de dupla cambota dispostos segundo várias formas geométricas, tais como a forma triangular, quadrada, ou hexagonal. O arranjo triangular com três cambotas deu origem ao Napier Deltic, o mais famoso com este tipo de configuração que foi aplicado a navios e locomotivas e a forma quadrada com um arranjo de quatro cambotas era a base do motor Junkers Jumo 223 como se pode ver figura 25.

Figura 25 Motor de cambota múltipla Jumo 223. Alves (2011)

1.7.5 Motores de configuração rotativa

Um motor rotativo de pistões opostos (OP) pode parecer improvável, mas sugiram várias versões, tais como o Mukherjee, Tshudi, Kauertz e Omega, o Maier e mais recentemente o Leggat Rotary Oscillatory Mechanism ou ROM, figura 26. Nas versões rotativas, os pistões, assemelham-se a lâminas da pá de remo, oscilam em torno de um eixo central de débito de potência, enquanto todo o conjunto está contido dentro de um invólucro cilíndrico onde se encontra o sistema de trocas gasosas e se realiza a combustão. Em alguns casos, os pistões podem orbitar bem como oscilar e são capazes de funcionar segundo os ciclos, de dois ou de quatro tempos, com as janelas ou válvulas apropriadas.

Figura 26 Motor rotativo Leggat Rotary Oscillatory Mechanism ou ROM. Pirault e Flint (2009)

1.4.6 Motores de tambor (Barrel came engine)

Nos motores de pistões opostos de tambor ou axiais, os cilindros encontram-se usualmente dispostos em paralelo com o eixo da cambota. Os pistões encaixam numa pista cilíndrica de cames que faz parte da cambota. Esta configuração dá origem a motores muito compactos. O motor de tambor de Alfaro, construído em 1938, figura 27, é um motor que tem cilindros dispostos horizontalmente e um prato oscilante em cada uma das extremidades do veio motor. Esta configuração dobra o número de roletes necessários, em comparação com os motores que têm um único prato oscilante-central. Note-se que os roletes são usados para ligar os pratos oscilantes às bielas dos pistões. Este motor desenvolvido pelo piloto espanhol Heraclito Alfaro tinha 4 cilindros e desenvolvia a potência de 155 HP