Motorul cu piston opus , sau pistonul antagonist , este un motor cu ardere internă în care cei doi pistoni acționează alternativ asupra aceluiași cilindru pentru a varia volumul camerei de ardere din centrul cilindrului. Acest tip de motor a fost brevetat pentru prima dată în 1877 de Ferdinand Kindermann.
Standardul german DIN 1940 (ediția Martie 1958) a definit motorul cu pistoane opus ca un motor cu două pistoane cu pistoane opuse.
Chiar și în 2019, este aproape întotdeauna un motor în doi timpi . În acest motor, supapele de admisie și evacuare sunt situate la capetele motorului, de ambele părți ale camerei de ardere; acestea sunt plasate în comunicare de către pistoane aproape când sunt la sfârșitul călătoriei. Acest lucru permite evacuarea gazelor arse și aportul de combustibil aproape la fel de eficient ca la un motor în patru timpi.
Motorul cu piston opus poate fi refuzat ca motor diesel , motor pe benzină sau motor pe gaz .
Datorită densității sale ridicate de putere , motorul în doi timpi cu piston opus a montat din anii 1930 până în anii 1960 o multitudine de nave (precum USS Monitor ), submarine , tancuri (motorul Leyland L60 montat pe FV4201 Chieftain și Kharkov Morozov 6TD) și chiar avioane . Variantele continuă să se înmulțească, dar este înlocuit din ce în ce mai mult cu motoare diesel turbo cu patru timpi .
Recent (în 2010-2011), trei start-up-uri americane s-au interesat din nou de acesta: EcoMotors cu OPOC destinat camioanelor (150 kW per bloc de doi cilindri și patru pistoane), Achates și Pinnacle, care dezvoltă o versiune patru -accident vascular cerebral.
Reînnoirea gazelor arse de către combustibil necesită aplicarea unei suprapresiuni externe pe fiecare piston. Poate fi obținut prin:
Pentru a obține aprinderea, admisia trebuie lăsată deschisă pentru un anumit timp, dincolo de închiderea evacuării. La motoarele cu cilindri U , această schimbare de fază se realizează prin rotirea tijei de eșapament printr-un unghi cuprins între 12 și 20 °.
Există versiuni ale acestui motor cu unul sau două arbori cotiți .
Au existat și alte variații în trecut:
Motorul prezentat vizavi este o versiune simplificată a motorului de curse DKW de la producătorul Kurt Bang , al biroului de proiectare Prüssing . Au existat două versiuni: una cu o capacitate de 250 cm 3 , cealaltă cu o capacitate de 350 cm 3 . Avea doi cilindri și patru pistoane, doi arbori cotiți și un compresor mecanic. Arborele cotit au fost legate cu un pinion. Amestecul a fost furnizat de un carburator , rezultând un consum ridicat.
Compresorul aspiră amestecul și îl injectează în camera de pre-ardere, plasată pe partea de expansiune, ceea ce permite amestecului, prin conducție termică, să răcească oarecum pistonul de evacuare. O supapă de siguranță previne suprapresiunea. De acolo, amestecul este admis în cilindru. După aprindere , cele două pistoane sunt conduse spre exterior și astfel își transmit energia cinetică arborilor. Pistonul de evacuare începe prin eliberarea canelurii de descărcare a gazului ars, provocând scăderea presiunii, accelerând descărcarea. Celălalt piston abia apoi eliberează canelura permițând admisia amestecului proaspăt în cilindru, un amestec care finalizează expulzarea gazelor reziduale arse. Odată cu deschiderea orificiului de admisie, orificiul de evacuare se închide. Amestecul proaspăt se colectează în cilindru, provocând supraalimentarea . Odată ce lumenul de admisie este închis de piston, începe compresia.
Una dintre primele aplicații se datorează industrialului Wilhelm von Œchelhäuser care, în 1892, a proiectat motoarele pe gaz ale Deutsche Continental Gasgesellschaft ( Dessau ) pe acest principiu. El a fost asistat de Hugo Junkers . Motorul funcționa cu gaz de furnal . A fost livrat în 1896 la furnalele din Hörde (Forges Phoenix) din Dortmund . A dezvoltat o putere de 220 CP pentru un generator de tip dinam .
Junkers a dezvoltat ideea: pe acest principiu a proiectat motoare pe benzină, apoi motoare diesel staționare și pentru vehicule cu consum foarte mic.
Motoare de aeronaveMotorul cu piston opus Junkers Jumo 205 , evaluat la 880 CP la 2800 rpm, a fost cel mai popular motor de aeronave diesel. Este adevărat că, comparativ cu puterea sa, era destul de greu; dar datorită consumului specific redus , bombardierele germane au reușit să bată mai multe recorduri mondiale de rezistență . Dezvoltarea sa a fost laborioasă, în special datorită încălzirii pistonului de evacuare.
Motoare pentru unități miciSeria Junker „HK” s-a opus motoarelor diesel cu piston, produse între 1930 și 1980 conform principiului modularității, cu o deplasare a unității de 700 cm 3 , au fost utilizate în principal pentru generatoarele electrice și motoarele de bord . Erau motoare simple, duble sau tri-cilindrice, capabile să dezvolte de la 8 la 38 CP . Motoarele camioanelor au fost apoi produse de Krupp sub licență, înainte de a fi înlocuite de supapa de evacuare în doi timpi, din cauza murdăriei evacuării.
Până în 1945, pistonul opus Diesel al Junkers-Dieselkraftmaschinen GmbH a fost fabricat la Chemnitz . După divizarea Germaniei , fabrica a căzut pentru a combina motorina-Kraftmaschinenwerk Karl-Marx-Stadt care a continuat să producă seria „HK 65” cu marca NZD 9/12 . Aceste motoare erau montate pe nave ca sursă de alimentare principală sau auxiliară; dar fabrica producea și monocilindri pentru mașini mai puțin puternice: role de rulare, mașini de dragat, betoniere, tractoare sau locomotive . De asemenea, au fost folosite pentru pompe de rezervă și generatoare. În plus, la cererea URSS , RDG a produs atât de multe motoare în doi timpi: Germania nu mai folosea cu greu; iar când producția a fost întreruptă în 1980, combina a continuat să furnizeze piese de schimb până în 1989.
Înainte de al doilea război mondial , DKW a încercat să echipeze o motocicletă de curse cu un motor în doi timpi cu pistoane opuse 250 cm 3 , carburator Zoller . Au mai rămas câteva exemplare după război: DKW GS250 . Pilotul Kurt Kuhnke (1910 - 1969), care și-a recuperat unul, a concurat sub propria sa steag (debutul său sportiv datează din 1950) cu ceea ce se numea atunci „KS1”. Motorul său era foarte fierbinte, ceea ce Kuhnke a remarcat încă de la prima cursă. Puterea motorului de 250 cm 3 a fost de aproximativ 45 CP până la 7000 rev / min . Apartenența Germaniei la Federația Internațională de Motociclism (FIM) a sunat pe un ton decisiv pentru cariera sportivă a motorului DKW: după război, FIM a interzis motoarele supraalimentate în competiții.
În 1989, o echipă de ingineri din cadrul Departamentului pentru Vehicule al Universității de Tehnologie din Darmstadt și-au stabilit obiectivul, sub îndrumarea experților în restaurări Herrmann Herz și Bert Breuer , de a face legendarul motor DKW o mașină stabilă termic. Cercetarea lor a dus la doi ani în transformarea DKW cu pistoane opuse într-un motor de 250 cm 3 care dezvoltă 65 CP , cu 20 CP mai mult decât se obținuse în perioada de glorie a DKW.
Motorul diesel Napier Deltic de la producătorul britanic Napier & Son , apărut pe piață în jurul anului 1950 și comercializat până în anii 1980 , constituie o formă foarte particulară a motorului cu piston opus: bazat pe Napier-Culverin produs sub licență de la Junkers, acest motorul compact a fost destinat să echipeze bărci cu motor și locomotive și a dezvoltat o putere de 3000 CP . Avea trei arbori cotiți, 18 cilindri și 36 de pistoane și necesită o suflantă de admisie pentru a scoate gazele arse.
Numele „deltic” provine din arhitectura sa din litera Delta (Δ).
În 1898, inginerul Lucian Vogel de la MAN-Nürnberg a proiectat un astfel de motor diesel cu doi timpi în patru timpi (motorul Kutschenwagen de 5 CP ). Cu toate acestea, nu a fost niciodată comercializat.
În timp ce alți producători au abordat acest tip de motor în XX - lea secol : COMMER , Lille Motors Company , Doxford , Fairbanks-Morse , Gobron-Brillié , British Leyland , Krupp , Napier , Rolls-Royce si Sulzer : a fost cel mai des pentru generatoare , nave și submarine și locomotive, dar uneori și pentru camioane , mașini și motociclete . Uneori au echipat tancuri : așa a fost cazul tancului britanic Chieftain , alimentat de un șase cilindri cu pistoane opuse (Leyland L60) și un trei cilindri ca motor auxiliar (Leyland H30). Sovietic T-64 a fost , de asemenea , echipat cu un motor cu cinci cilindri cu pistoane opuse.
Motorul cu piston vertical opus cu zece cilindri 10D100, care dezvoltă 3000 CP , a fost utilizat pe scară largă în locomotivele diesel din seria SŽD 2TE10L a atelierelor feroviare din Luhansk .
Acest motor american, al cărui acronim „OPOC” înseamnă „ Cilindru opus cu piston opus ”, are două caracteristici principale:
Arborele cotit este supus rezultantei forțelor transmise de tijele de tracțiune și compresie (care se compensează reciproc) numai prin rulmenți. Acest lucru moderează compresia pe rulmenți, ceea ce facilitează realizarea acestora. Alegerea pistoanelor opuse are avantajul de a scurta arborele cotit și de a echilibra masele rotative.
Celelalte particularități ale sale sunt:
Dezvoltarea a fost inițial asigurată de Advanced Propulsion Technologies Inc .., care deține și brevetul. Este un proiect finanțat de DARPA , care vede aplicații importante pentru elicoptere militare, vehicule blindate, camioane sau generatoare de teren. Au fost studiate trei variante: o versiune de 10 kW și 6 kg , una de 30 kW și 18 kg (prin cuplarea a trei module de 10 kW ) și una de 242 kW și 204 kg .
În 2010, americanul Bill Gates a investit 23,5 milioane de dolari în favoarea EcoMotors International.
În luna februarie 2011, producătorul de camioane Navistar International a făcut echipă cu EcoMotors pentru a dezvolta un motor turbo-diesel.
În lunaaprilie 2011, Producătorul auto chinez Djongding a declarat că a colaborat cu EcoMotors și a început producția în serie a motorului camionului Opoc.
Din 2013 până în 2017, EcoMotors International a dezvoltat aplicații civile.
Achates este un birou de proiectare din California care a proiectat un motor cu piston opus cu două arbori cotiți, reductor și turbocompresor.
Potrivit lui Achates, numărul optim de cilindri ar fi trei deoarece acest lucru echilibrează presiunile din compresorul turbo și evită revenirea gazului dintr-un cilindru care tocmai s-a deschis într-un cilindru deja deschis; Cu toate acestea, motorul Achates este un motor cu doi cilindri.
Un ambreiaj face posibilă adaptarea turației de rotație a arborelui motorului în funcție de turație, care, în stadiul tehnicii, este însoțită de o reducere a consumului de 15-20% comparativ cu un motor diesel.
Potrivit unor surse, Achates ar fi reușit, printr-o cunoaștere fină a fluxului de ulei și măsurarea precisă a combustibilului, să reducă mult emisiile de dioxid de carbon, care sunt, de asemenea, deja scăzute la un motor în patru timpi.
Camera de ardere afectează, în momentul aprinderii, forma unui elipsoid de revoluție , la capetele căruia două injectoare distribuie amestecul: această curbă a cilindrului este obținută printr-o profilare specială a pistonilor, care împing înapoi pereții a cilindrului.în traducerea lor. Acest lucru reduce suprafața efectivă a camerei de ardere și, prin urmare, pierderile prin schimb de căldură cu exteriorul.
Utilizarea a două injectoare face posibilă alternarea injecției a două amestecuri distincte și astfel optimizarea ciclului de presiune și temperatură.
Pinnacle dezvoltă un motor în patru timpi cu doi arbori cotiți: cu un motor cu piston opus, acest lucru necesită poziționarea supapelor de admisie și evacuare în centrul cilindrului, dincolo de cursa extremă a celor doi pistoane. Soluția găsită de Pinnacle constă în formarea cilindrului a două tuburi, strânse unul împotriva celuilalt printr-un guler strâns. Unul dintre tuburi se deschide la admisie (celălalt la evacuare) printr-un manșon care dezvăluie o fantă periferică ( manșon-supapă ): aceasta promovează evacuarea și consumul de ulei, cu prețul unui motor mai greu și mai complex. Motorul funcționează și conform „ciclului Cleeves”, care folosește principiul motorului Otto sau diesel în funcție de circumstanțe.
Compania britanică Powerplant Developments a dezvoltat un motor de aeronave cu trei cilindri, cu piston opus. Principalele sale avantaje sunt ușurința, compactitatea, consumul redus, legat de intervale mai lungi de revopsire și posibilitatea utilizării kerosenului . În cele două variante, acest motor dezvoltă între 100 și 150 CP .
Motorul Golle este un motor cu piston opus ale cărui două arborele cotit sunt conectate printr-un pinion . Bielele sunt conectate la pistoane prin îmbinări universale și brimbale. Această transmisie de mișcare este etanșată împotriva aerului și a uleiului cilindrului printr-un carter. Volumul dintre cardan și cele două pistoane conectate face un compresor de aer supapă. Pistoanele nu sunt lubrifiate cu ulei, deci mai multe avantaje:
Inelele pistonului sunt realizate din grafit fin, ușor și autolubrifiant și a căror stabilitate termică (până la 2500 ° C ) rezolvă problema încălzirii la evacuare.
Acest motor, datorită simetriei și numărului redus de piese, este ușor de produs. El a fost înIunie 2009 încă în faza de dezvoltare (Iunie 2009), în special pentru a îmbunătăți rezistența pistoanelor din grafit.
Ucrainean Compania Malychev produce un motor cu piston opozitia, 6TD-2 pentru T-84 rezervor , care dezvolta 1.200 CP , are o greutate de 1,2 t și consumă 218 g / kWh de motorină . Acesta este conceput ca un flex- combustibil al motorului . La fel, de exemplu, motorul 10D100 dezvoltă 3.000 CP pentru motorul 2TE10U.
Compania britanică Diesel Air Limited a dezvoltat un motor diesel cu avion cu piston opus de 100 CP . La fel ca motorul Junker, are doi arbori cotiți cuplați de un pinion de transmisie. Cu o capacitate de 1,8 l , cântărește doar 93 kg .