cinque decenni di Mazda, sforzi in gran parte inutili per conto del motore rotativo dimostrano quanto sia difficile da spodestare il motore a pistoni convenzionale. Tuttavia, continuano ad emergere nuovi concetti, soprattutto in considerazione dell’incessante ricerca di efficienza da parte del settore. La maggior parte di questi non riescono mai oltre il design—o addirittura pastello—fase. Ma ecco un design che è ben in sviluppo e mostra notevoli promesse.

È il motore Achates a pistone opposto (OP), un prototipo del quale è stato mostrato in un pick-up Ford F-150 al Detroit Auto Show 2018. Quel motore aveva tre lunghi cilindri in fila, con un albero motore sotto e un altro sopra la fila di cilindri. Una coppia di pistoni contrapposti ricambiati in ogni cilindro, ciascuno collegato al proprio albero motore.

Come funziona

Il motore è a due tempi a pistoni, il che significa che non ha valvole. Invece, le porte nelle pareti dei cilindri sono scoperte quando i pistoni sono nella parte inferiore delle loro corse. Le porte inferiori sono le prese e le tomaie sono gli scarichi, e lo scarico porta l’aspirazione di circa 10 gradi per garantire che gli scarichi si aprano per primi. Quando entrambi sono aperti, un compressore soffia aria fresca nel cilindro ad un’estremità per forzare i gas di scarico dall’altra estremità. Quindi i pistoni iniziano a muoversi l’uno verso l’altro, coprendo entrambe le porte e comprimendo l’aria. Il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro quando i pistoni vicino alla fine della loro corsa. Pertanto, non ci sono colpi di aspirazione e scarico come in un motore a quattro tempi convenzionale-solo colpi di compressione e potenza. Probabilmente è più facile da capire guardando questa animazione, fornita dal produttore.

Il layout di base del motore Achates è stato intorno per qualche tempo. La Luftwaffe tedesca ha iniziato a utilizzare simili diesel Junkers Jumo a pistone opposto in grandi aerei nel 1932. Un più grande Fairbanks-Morse contrapposto-pistone diesel alimentato la maggior parte dei sottomarini della Marina degli Stati Uniti nella seconda guerra mondiale e fornisce ancora energia di backup su sottomarini nucleari moderni.

Fare una vecchia idea nuovo

Achates ha preso questo disegno di base e migliorato le caratteristiche di combustione, fornendo anche la capacità di adattare il funzionamento del motore per soddisfare le diverse condizioni e combustibili. Gran parte dello sviluppo si è concentrato sulle versioni diesel, ma l’azienda sta anche lavorando su versioni a benzina senza candele—il concetto HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) che molti stanno sviluppando ma nessuno ha perfezionato.

La teoria suggerisce che un motore a pistoni opposti ha un vantaggio di efficienza perché, poiché non ci sono teste dei cilindri, meno calore viene perso nel sistema di raffreddamento. Pensa a una camera di combustione convenzionale in cui le superfici sono costituite da una corona del pistone, una breve circonferenza cilindrica e una testa del cilindro. Nel design OP, ogni coppia di cilindri si riunisce, quindi le teste vengono eliminate.

Inoltre, poiché la camera di combustione di ciascun pistone si collega a quella di un altro, la camera risultante è più spessa e meno simile a un disco sottile. Achates aumenta questo vantaggio utilizzando una corsa fino a 1,3 volte più a lungo del foro. Achates modella attentamente le corone del pistone per fornire turbinio e caduta alla carica di aspirazione per promuovere una combustione rapida e stabile.

Due iniettori diretti contrapposti—ciascuno che fornisce più schizza attentamente temporizzati—ottenere una distribuzione completa di carburante per bruciare la maggior parte dell’aria e per limitare la generazione di particolato. Un rapporto di compressione di circa 18.0:1 per la versione benzina ad accensione spontanea (GCI) e un po ‘ meno per il diesel assicura un buon rapporto di espansione per estrarre la massima energia meccanica da ogni evento di combustione.

Lo scavenging superiore è la chiave

La salsa segreta per fare questo lavoro è la capacità di controllare lo scavenging nel motore. Il compressore, che fornisce aria a bassa pressione per pulire i cilindri, ha un azionamento a due velocità e può anche essere bypassato. Questa flessibilità permette che il cilindro sia di meno completamente scavenged in determinate circostanze. Ad esempio, durante una partenza a freddo, lo scavenging parziale lascia molti prodotti di combustione del ciclo precedente (ricircolo interno dei gas di scarico ) nel cilindro. Che aumenta la temperatura di combustione e fornisce un flusso di scarico più caldo per ottenere i catalizzatori fino alla temperatura di funzionamento.

Ad un più caldo di combustione ambiente, inoltre, aiuta la combustione a basso numero di giri e in presenza di carichi leggeri, che è stato un problema per i tradizionali motori HCCI. Al minimo, ad esempio, il gas di scarico trattenuto è di circa il 50 percento. A potenze più elevate, il cilindro viene ripulito più completamente per mantenere basse le temperature di combustione di picco, limitando così le emissioni di ossido di azoto (NOx). Anche utile è che, mentre il motore ha anche un turbocompressore per prendere il posto del compressore a carichi più elevati e per migliorare l’efficienza, il motore non funziona con molta pressione di sovralimentazione. Invece il design a due tempi, con il doppio dei colpi di potenza per giro, consente al motore di abbinare la potenza del motore convenzionale senza molta spinta, anche quando viene ridimensionato dal 20 al 30% di cilindrata.

Sebbene in questo motore non vi sia una valvola convenzionale, l’attrito complessivo è simile a quello di un motore convenzionale a causa del secondo albero motore, del robusto ingranaggio che collega le due pedivelle e della necessità di azionare il compressore. Anche il peso è approssimativamente paragonabile. Il motore è più alto di un motore convenzionale, ma inclinandolo, generalmente si adatta sotto i cappucci esistenti.

Più efficiente di una Prius?

Achates afferma che la versione GCI di questo motore raggiungerà un’efficienza di picco del 44%. Questo è solo il 10 percento migliore dell’efficienza percentuale 40 rivendicata dal motore a ciclo Atkinson nell’attuale Toyota Prius, ma Larry Fromm, vice presidente esecutivo di Achates per lo sviluppo del business, afferma che il motore Achates offre quell’efficienza su una gamma molto più ampia di giri e carico rispetto al motore Prius. Ad esempio, il motore Achates GCI nel Ford F-150 si dice che raggiunga il 30% di risparmio di carburante migliore sul ciclo EPA rispetto al motore a benzina più efficiente di Ford, l’EcoBoost V-6 da 2,7 litri. Ciò significherebbe una valutazione combinata di circa 29 mpg-o 4 mpg superiore a Ford 3.V-6 diesel da 0 litri nella versione a trazione posteriore di quel camion.

Ford

Purtroppo, non siamo propensi a vedere un Acate motore sotto il cofano di un auto o camion per alcuni anni. Achates non ha intenzione di costruire motori in sé, ma intende concedere in licenza la sua tecnologia a produttori affermati. Ha già un rapporto con Fairbanks-Morse, che sta utilizzando la tecnologia Achates su un 12 cilindri, 24 pistoni, 5000 HP, 95.000 libbre diesel stazionario utilizzato per la produzione di energia. Fairbanks-Morse rivendica un’efficienza termica del 50 percento.

Achates sta anche lavorando con Cummins per sviluppare un motore a pistoni contrapposti da 1000 CV per alimentare veicoli da combattimento per l’esercito degli Stati Uniti. Fromm dice che la società è in trattative con diverse importanti case automobilistiche che sono interessati alla versione GCI. Ma con nulla di concreto ancora, e con i lunghi tempi di sviluppo e test che i nuovi motori subiscono, non vedremo un motore Achates sulla strada per almeno cinque anni.

Applicazioni automotive Potrebbero includere ibridi plug-in

Se si pensa che da allora le auto elettriche avranno eliminato la necessità di motori a combustione interna di qualsiasi tipo, ripensateci. Se l’efficienza del motore è realizzata in produzione, il raggiungimento degli standard federali di risparmio di carburante 2025 potrebbe essere più facile ed economico con il design Achates che impiegando l’elettrificazione. E, fa notare Fromm, i motori a pistoni opposti sono intrinsecamente lisci, quindi una versione monocilindrica a due pistoni potrebbe essere un range extender ideale per un PHEV, soprattutto perché può essere trasformato in un pacchetto piatto nascosto sotto un bagagliaio o un sedile. Solo il tempo dirà se Achates ha incrinato il codice per i motori a pistoni opposti in auto e camion.