Masdas fem årti lange, stort set forgæves indsats på vegne af den roterende motor viser, hvor svært det er at løsne den konventionelle stempelmotor. Men nye koncepter fortsætter med at dukke op, især i betragtning af branchens ubarmhjertige søgen efter effektivitet. De fleste af disse kommer aldrig forbi design—eller endda farveblyant—scenen. Men her er et design, der er godt i udvikling og viser et betydeligt løfte.

det er Achates opposite-stempel (op) motor, hvis prototype blev vist i en Ford F-150 pickup på biludstillingen i Detroit i 2018. Denne motor havde tre lange cylindre i træk med en krumtapaksel under og en anden over rækken af cylindre. Et par modsatte stempler frem og tilbage i hver cylinder, der hver er forbundet med sin egen krumtapaksel.

Sådan fungerer det

motoren er en stempel-port totakts, hvilket betyder, at den ikke har nogen ventiler. I stedet afdækkes porte i cylinderens vægge, når stemplerne er i bunden af deres slag. De nederste porte er indtagene, og overdelene er udstødningerne, og udstødningen fører indtaget med omkring 10 grader for at sikre, at udstødningerne åbnes først. Når begge er åbne, blæser en kompressor frisk luft ind i cylinderen i den ene ende for at tvinge udstødningsgasserne ud i den anden ende. Derefter begynder stemplerne at bevæge sig mod hinanden, dækker begge porte og komprimerer luften. Brændstof injiceres direkte i cylinderen, når stemplerne nær slutningen af deres rejse. Der er således ingen indsugnings-og udstødningsslag som i en konventionel firetaktsmotor—kun kompression og kraftslag. Det er nok lettere at forstå ved at se denne animation, leveret af producenten.

Achates-motorens grundlæggende layout har eksisteret i nogen tid. Det tyske luftvåben begyndte at bruge lignende Junkers Jumo modsat stempeldiseller i store fly i 1932. En større Fairbanks-Morse modsat-stempel diesel drevet de fleste US Navy ubåde i Anden Verdenskrig og stadig giver backup strøm på moderne nukleare subs.

at lave en gammel ide ny

Achates har taget dette grundlæggende design og forbedret forbrændingsegenskaberne, samtidig med at det giver mulighed for at skræddersy motorens drift til at matche forskellige forhold og brændstoffer. Meget af udviklingen har fokuseret på dieselversioner, men virksomheden arbejder også på bensinversioner uden tændrør—HCCI-konceptet (homogene Charge Compression Ignition), som mange Udvikler, men ingen har perfektioneret.

teori antyder, at en modsat stempelmotor har en effektivitetsfordel, fordi der ikke er nogen cylinderhoveder, går mindre varme tabt til kølesystemet. Tænk på et konventionelt forbrændingskammer, hvor overfladerne består af en stempelkrone, en kort cylindrisk omkreds og et cylinderhoved. I OP-designet kommer hvert par cylindre sammen, så hovederne elimineres.

desuden, fordi hvert stempels forbrændingskammer forbinder med andres, er det resulterende kammer tykkere og mindre som en tynd skive. Achates øger denne fordel ved at bruge et slag så meget som 1,3 gange så længe som boringen. Achates former forsigtigt stempelkronerne for at give hvirvel og tumle til indsugningsladningen for at fremme hurtig og stabil forbrænding.

to modstående direkte injektorer—hver leverer flere omhyggeligt timede sprøjter—opnår en grundig fordeling af brændstof for at forbrænde det meste af luften og for at begrænse partikelgenerering. Et kompressionsforhold på omkring 18,0:1 for versionen med kompressionstænding (GCI) og lidt mindre for diesel sikrer et godt ekspansionsforhold for at udtrække maksimal mekanisk energi fra hver forbrændingshændelse.

Superior Scavenging er nøglen

den hemmelige sauce til at gøre dette arbejde er evnen til at styre scavenging i motoren. Superchargeren, der giver lavtryksluft til at fjerne cylindrene, har et to-trins drev og kan også omgåes. Denne fleksibilitet gør det muligt for cylinderen at være mindre end fuldt scavenged under visse betingelser. For eksempel efterlader delvis rensning under en koldstart masser af forbrændingsprodukter fra den foregående cyklus (intern udstødningsgasrecirkulation ) i cylinderen. Det hæver forbrændingstemperaturen og leverer en varmere udstødningsstrøm for at få katalysatorerne op til driftstemperatur.

et sådant varmere forbrændingsmiljø hjælper også forbrænding ved lavt omdrejningstal og under lette belastninger, hvilket har været et problemområde for konventionelle HCCI-motorer. Ved tomgang er for eksempel den tilbageholdte udstødningsgas omkring 50 procent. Ved højere effektudgange er cylinderen mere fuldstændigt fjernet for at holde de maksimale forbrændingstemperaturer nede og derved begrænse kvælstofilteemissioner. Det er også nyttigt, at selvom motoren også har en turbolader til at overtage fra kompressoren ved højere belastninger og for at forbedre effektiviteten, fungerer motoren ikke med meget boosttryk. Omdrejning, lader motoren matche konventionel motorkraft uden meget boost, selv når den reduceres med 20 til 30 procent i forskydning.

selvom der ikke er nogen konventionel valvetrain i denne motor, svarer den samlede friktion til en konventionel motor på grund af den anden krumtapaksel, den robuste geartrain, der forbinder de to krumtap, og behovet for at køre supercharger. Vægten er også nogenlunde sammenlignelig. Motoren er højere end en konventionel motor, men ved at vippe den passer den generelt under eksisterende hætter.

mere effektiv end en Prius?

Achates hævder, at GCI-versionen af denne motor vil opnå en maksimal effektivitet på 44 procent. Det er kun 10 procent bedre end den 40 procent effektivitet, som Atkinson-cyklusmotoren hævder i den nuværende Toyota Prius, men Larry Fromm, Achates administrerende vicepræsident for forretningsudvikling, siger, at Achates-motoren leverer denne effektivitet over meget bredere rækkevidde af omdrejningstal og belastning end Prius-motoren. For eksempel siges Achates GCI-motoren i Ford F-150 at opnå 30 procent bedre brændstoføkonomi på EPA-cyklussen end Fords mest effektive bensinmotor, 2,7-liters EcoBoost V-6. Det ville betyde en samlet rating på omkring 29 mpg—eller 4 mpg højere end Fords 3.0-liters diesel V – 6 i den bageste version af den lastbil.

Desværre er vi ikke sandsynligt at se en Achates motor under kølerhjelmen en bil eller lastbil i nogle år. Achates har ingen planer om at bygge motorer selv, men har til hensigt at licensere sin teknologi til etablerede producenter. Det har allerede et forhold til Fairbanks-Morse, der bruger Achates-teknologien på en 12-cylindret, 24-stempel, 5000 HK, 95.000 Pund stationær diesel, der bruges til elproduktion. Fairbanks-Morse hævder en termisk effektivitet på 50 procent.Achates arbejder også med Cummins for at udvikle en 1000 hk modsat stempelmotor til at drive kampkøretøjer til den amerikanske hær. Fromm siger, at virksomheden er i samtaler med flere store bilproducenter, der er interesseret i GCI-versionen. Men med intet konkret endnu, og med de lange udviklings-og testtider, som nye motorer gennemgår, vil vi ikke se en Achates-motor på vejen i mindst fem år.

Automotive applikationer kunne omfatte Plug-in hybrider

Hvis du tror, at elbiler på det tidspunkt vil have elimineret behovet for forbrændingsmotorer af enhver art, tænk igen. Hvis motorens effektivitet realiseres i produktionen, kan det være lettere og billigere at opnå 2025 føderale brændstoføkonomiske standarder med Achates-designet end ved at anvende elektrificering. Og Fromm påpeger, at modsatte stempelmotorer i sagens natur er glatte, så en enkeltcylindret version med to stempel kan gøre en ideel rækkevidde til en PHEV, især da den kan laves til en flad pakke gemt under en bagagerum eller et sæde. Kun tiden vil vise, om Achates har knækket koden for modsatte stempelmotorer i biler og lastbiler.