Motor Bourke

El ciclo de funcionamiento es muy similar al de un motor de dos tiempos convencional de encendido por chispa con compresión en el cárter, con dos modificaciones:

1. El combustible se inyecta directamente al aire a medida que circula por el puerto de transferencia.
2. El motor está diseñado para funcionar sin usar encendido por chispa una vez caliente. Esto se conoce como autoignición (sistema característico de los motores diésel), y la mezcla aire/combustible comienza a quemarse debido a la alta temperatura del gas comprimido o a la presencia del metal caliente de la cámara de combustión.

Se han identificado las siguientes características de diseño:

• Eficiencia - Se declara 0,25 (lb/h)/hp, aproximadamente igual que el mejor motor diésel,^[2] o aproximadamente el doble de eficiente que los mejores motores de dos tiempos.^[3] Esto equivale a una eficiencia termodinámica del 55,4 %, una cifra extremadamente alta para un motor de combustión interna pequeño. En una prueba presenciada por un tercero, el consumo de combustible real fue de 1,1 hp/(lb/h),^[4] o 0,9 (lb/h)/hp, equivalente a una eficiencia termodinámica de aproximadamente el 12,5 %, típica de una máquina de vapor de la década de 1920.^[5] Una prueba de un motor Vaux de 30 pulgadas cúbicas, construido por un colaborador cercano de Bourke, arrojó un consumo de combustible de 1,48 lb/(bhp·h), o 0,7 (lb/h)/hp a máxima potencia.^[6]
• Relación potencia-peso - Se afirmaba que el Silver Eagle producía 25 hp a partir de 45 lb, o una relación potencia a peso de 0,55 hp/lb. El motor más grande de 140 pulgadas cúbicas era rendía 120 hp con un peso de 125 lb, o aproximadamente 1 hp/lb. Se afirmaba que el Modelo H producía 60 hp con un peso de 95 lb, lo que daba una relación potencia-peso de 0,63 hp/lb. Se informó que el motor bicilíndrico de 30 pulgadas cúbicas producía 114 hp a 15000 rpm mientras pesaba solo 38 lb, unos increíbles 3 hp/lb.^[7] Sin embargo, una réplica de 30 pulgadas cúbicas de Vaux Engines produjo solo 8,8 hp a 4000 rpm, incluso después de una importante modificación.^[7] Otras fuentes afirman una relación^[8] de 0,9 a 2,5 hp/lb, aunque no se ha documentado ninguna prueba presencial independiente que respalde estas altas cifras. El rango superior de este valor es aproximadamente el doble de bueno que el mejor motor de producción de cuatro tiempos que se muestra aquí,^[9] o 0,1 hp/lb mejor que un Graupner G58 de dos tiempos.^[10] La afirmación inferior no es destacable, fácilmente superada por los motores de producción de cuatro tiempos, y mucho más por los de dos tiempos.^[11]
• Emisiones - Prácticamente no se detectaron hidrocarburos (80 ppm) ni monóxido de carbono (menos de 10 ppm) en los resultados de pruebas publicados.^[12] Sin embargo, no se indicó la potencia de salida para estos resultados y no se midió la cantidad de NOx.
• Bajas emisiones - Se afirmaba que el motor puede funcionar con hidrógeno o cualquier combustible de hidrocarburo sin modificaciones, produciendo únicamente vapor de agua y dióxido de carbono como emisiones.

El motor Bourke tiene algunas características interesantes, pero es poco probable que las exageradas afirmaciones sobre su rendimiento^[13] se confirmen con pruebas reales. Muchas de estas afirmaciones son contradictorias.^[14]

1. La fricción del sello entre la cámara del compresor de aire y el cárter contra la biela reduce su eficiencia.^[15]
2. La eficiencia se verá reducida debido a las pérdidas de bombeo, ya que la carga de aire se comprime y expande dos veces, pero solo se extrae energía para obtener potencia en una de las expansiones por carrera del pistón.^[16][17]
3. Es probable que el peso del motor sea elevado debido a su robustez para soportar las altas presiones pico resultantes de la rápida combustión a alta temperatura.^[18]
4. Cada par de pistones está muy desequilibrado, ya que ambos pistones se mueven en la misma dirección al mismo tiempo, a diferencia de un motor plano.^[19] Esto limita el rango de velocidad y, por lo tanto, la potencia del motor, y aumenta su peso debido a la robusta construcción necesaria para reaccionar a las elevadas fuerzas en los componentes.^[20]
5. Los motores de dos tiempos de alta velocidad tienden a ser ineficientes en comparación con los de cuatro tiempos, ya que parte de la carga de admisión se pierde sin quemar por el escape.^[21]
6. El uso de aire en exceso reduce el par disponible para un tamaño de motor determinado.^[22]
7. Forzar la salida rápida del escape a través de puertos pequeños conlleva una mayor pérdida de eficiencia.^[23]
8. Operar un motor de combustión interna en detonación reduce la eficiencia debido a la pérdida de calor de los gases de combustión que experimentan fricción contra las paredes de la cámara de combustión por las ondas de choque.^[24]
9. Emisiones: aunque algunas pruebas han demostrado bajas emisiones en algunas circunstancias, estas no se produjeron necesariamente a plena potencia. A medida que aumenta la relación de barrido (es decir, el par motor), se emiten más HC y CO.^[25]
10. Un mayor tiempo de permanencia en el PMS permitirá que se transfiera más calor a las paredes del cilindro, lo que reduce la eficiencia.^[26]
11. Cuando se opera en modo de autoignición, el inicio de la combustión se controla mediante el estado operativo del motor, en lugar de hacerlo directamente como en un motor de encendido por chispa o diésel. Por lo tanto, es posible optimizarlo para una condición de operación específica, pero no para el amplio rango de torque y velocidades que un motor suele experimentar. El resultado será una menor eficiencia y mayores emisiones.^[27]
12. Si la eficiencia es alta, las temperaturas de combustión deben ser altas, como lo exige el ciclo de Carnot, y la mezcla aire-combustible debe ser pobre. Las altas temperaturas de combustión y las mezclas pobres provocan la formación de dióxido de nitrógeno.

Russell Bourke obtuvo las patentes británica y canadiense para el motor en 1939: GB514842^[28] y CA381959.^[29]

También obtuvo la patente Patente USPTO n.º 2172670 en 1939.^[30]