O motor de pistão oposto , ou pistão antagonista , é um motor de combustão interna no qual os dois pistões atuam alternadamente no mesmo cilindro para variar o volume da câmara de combustão no centro do cilindro. Este tipo de motor foi patenteado pela primeira vez em 1877 por Ferdinand Kindermann.
O padrão alemão DIN 1940 (edição de Março de 1958) definiu o motor de pistão oposto como um motor de pistão duplo com pistões opostos.
Mesmo em 2019, é quase sempre um motor de dois tempos . Neste motor, as válvulas de admissão e escape estão localizadas nas extremidades do motor, em cada lado da câmara de combustão; eles são colocados em comunicação pelos pistões quase quando eles estão no final do curso. Isso permite a exaustão dos gases de combustão e a entrada de combustível quase tão eficiente quanto em um motor de quatro tempos.
O motor de pistão oposto pode ser recusado como motor a diesel , motor a gasolina ou motor a gasolina .
Devido à sua alta densidade de potência , o motor de pistão oposto de dois tempos equipado da década de 1930 a 1960 uma infinidade de navios (como o USS Monitor ), submarinos , tanques (motor Leyland L60 instalado no FV4201 Chieftain e Kharkov Morozov 6TD) e até aviões . As variantes continuam a se multiplicar, mas são cada vez mais substituídas por motores diesel de quatro tempos com turboalimentação .
Recentemente (em 2010-2011), três start-ups americanas voltaram a se interessar por ele: EcoMotors com o OPOC destinado a caminhões (150 kW por bloco de dois cilindros e quatro pistões), Achates e Pinnacle que está desenvolvendo uma versão quatro -Golpe.
A renovação dos gases queimados por combustível requer a aplicação de uma sobrepressão externa em cada pistão. Pode ser obtido por:
Para obter a ignição, a entrada deve ser deixada aberta por um certo tempo, além do fechamento do escapamento. Em motores de cilindro U , essa mudança de fase é obtida girando a haste do escapamento em um ângulo entre 12 e 20 °.
Existem versões deste motor com um ou dois virabrequins .
Houve outras variações no passado:
O motor mostrado ao lado é uma versão simplificada do motor de corrida DKW do fabricante Kurt Bang , do escritório de projetos de Prüssing . Havia duas versões: uma com capacidade para 250 cm 3 e outra com capacidade para 350 cm 3 . Tinha dois cilindros e quatro pistões, dois virabrequins e um compressor mecânico. Os virabrequins foram engrenados com um pinhão. A mistura era fornecida por um carburador , resultando em alto consumo .
O compressor suga a mistura e a injeta na câmara de pré-combustão, localizada no lado da expansão, o que permite que a mistura, por condução térmica, resfrie um pouco o pistão de exaustão. Uma válvula de segurança evita a sobrepressão. A partir daí, a mistura é admitida no cilindro. Após a ignição , os dois pistões são movidos para fora e, assim, transmitem sua energia cinética aos eixos. O pistão de exaustão começa liberando a ranhura de descarga do gás queimado, fazendo com que a pressão caia, fazendo com que a descarga acelere . O outro pistão só então libera a ranhura que permite a admissão da mistura fresca no cilindro, mistura que completa a expulsão dos gases queimados residuais. Conforme a porta de admissão é liberada, a porta de exaustão fecha. A mistura fresca se acumula no cilindro, causando sobrealimentação . Uma vez que o lúmen de entrada é fechado pelo pistão, a compressão começa.
Uma das primeiras aplicações deve-se ao industrial Wilhelm von Œchelhäuser que, em 1892, projetou os motores a gás da Deutsche Continental Gasgesellschaft ( Dessau ) com base neste princípio. Ele foi auxiliado por Hugo Junkers . O motor funcionou com gás de alto-forno . Foi entregue em 1896 nos altos-fornos de Hörde (Forges Phoenix) em Dortmund . Desenvolveu uma potência de 220 cv para um gerador do tipo dínamo .
Junkers desenvolveu a ideia: partindo desse princípio, projetou motores a gasolina, depois motores a diesel estacionários e para veículos de baixíssimo consumo.
Motores de aeronavesO motor de pistão oposto Junkers Jumo 205 , avaliado em 880 cv a 2.800 rpm, era o motor a diesel mais popular para aeronaves. É verdade que, comparado ao seu poder, era bastante pesado; mas, graças ao seu baixo consumo específico , os bombardeiros alemães foram capazes de bater vários recordes mundiais de resistência . O seu desenvolvimento foi trabalhoso, em particular devido ao aquecimento do pistão de escape.
Motores para pequenas unidadesOs motores diesel de pistão oposto Junker série "HK", produzidos entre 1930 e 1980 de acordo com o princípio da modularidade, com uma cilindrada unitária de 700 cm 3 , foram utilizados principalmente para geradores elétricos e motores de bordo . Eles eram motores de um, dois ou três cilindros, capazes de desenvolver de 8 a 38 cv . Os motores dos caminhões foram então produzidos pela Krupp sob licença, antes de serem suplantados pela válvula de escape de dois tempos, devido ao entupimento do escapamento.
Até 1945, os motores diesel de pistão oposto da Junkers-Dieselkraftmaschinen GmbH eram fabricados em Chemnitz . Após a divisão da Alemanha , a fábrica caiu para combinar diesel-Kraftmaschinenwerk Karl-Marx-Stadt que continuou produzindo a série "HK 65" com a marca NZD 9/12 . Esses motores foram instalados em navios como fonte de alimentação principal ou auxiliar; mas a fábrica também produzia monocilindros para máquinas menos potentes: rolos compactadores, máquinas de dragagem, betoneiras, tratores ou locomotivas . Eles também têm sido usados para bombas de reserva e geradores. Além disso, foi a pedido da URSS que a RDA produziu tantos motores de dois tempos: a Alemanha quase não usava mais; e quando a produção foi interrompida em 1980, a colheitadeira continuou a fornecer peças de reposição até 1989.
Antes da Segunda Guerra Mundial , a DKW tentou equipar uma motocicleta de corrida com um motor de dois tempos com pistões opostos de 250 cm 3 , carburador Zoller . Restaram ainda algumas cópias após a guerra: o DKW GS250 . O piloto Kurt Kuhnke (1910 - 1969), que já havia recuperado um, correu com sua própria bandeira (sua estreia esportiva data de 1950) com o então chamado “KS1”. Seu motor estava muito quente, o que Kuhnke notou desde a primeira corrida. A potência do motor 250 cm N ° 3 foi de cerca de 45 hp a 7000 rev / min . A adesão da Alemanha à Federação Internacional de Motociclismo (FIM) deu o toque de morte para a carreira esportiva do motor DKW: após a guerra, a FIM proibiu os motores sobrealimentados nas competições.
Em 1989, uma equipe de engenheiros do Departamento de Veículos da Universidade de Tecnologia de Darmstadt se propôs a meta, sob a orientação dos especialistas em restauração Herrmann Herz e Bert Breuer , de fazer do lendário motor DKW uma máquina termicamente estável. A sua pesquisa resultou em dois anos no sentido de tornar o DKW com pistões opostos de 250 cm N ° 3 motor de desenvolvimento 65 hp , 20 hp mais do que tinha sido obtido no auge do DKW.
O motor diesel Napier Deltic do fabricante britânico Napier & Son , que surgiu no mercado por volta de 1950 e foi comercializado até os anos 1980 , constitui uma forma muito particular de motor a pistão oposto: baseado no Napier-Culverin produzido sob licença da Junkers, este O motor compacto foi destinado a equipar lanchas e locomotivas, e desenvolveu uma potência de 3.000 cv . Ele tinha três virabrequins, 18 cilindros e 36 pistões e requer um soprador de admissão para expulsar os gases queimados.
O nome "deltic" vem de sua arquitetura na letra Delta (Δ).
Em 1898, o engenheiro Lucian Vogel da MAN-Nuremberg projetou esse motor a diesel de dois cilindros de quatro tempos (o Kutschenwagen-Motor de 5 HP ). No entanto, nunca foi comercializado.
Enquanto outros fabricantes têm abordado este tipo de motor no XX º século : Commer , Lille Motors Company , Doxford , Fairbanks-Morse , Gobron-Brillié , British Leyland , Krupp , Napier , Rolls-Royce e Sulzer : era na maioria das vezes para os geradores , navios e submarinos e locomotivas, mas às vezes também para caminhões , carros e motocicletas . Às vezes equipavam tanques : como era o caso do tanque British Chieftain , movido por um motor de seis cilindros com pistões opostos (o Leyland L60) e um de três cilindros como motor auxiliar (Leyland H30). O T-64 soviético também estava equipado com um motor de cinco cilindros com pistões opostos.
O motor de pistão oposto vertical de dez cilindros 10D100, desenvolvendo 3.000 hp , foi amplamente utilizado nas locomotivas a diesel da série SŽD 2TE10L das oficinas ferroviárias de Luhansk .
Este motor americano, cujo acrônimo “OPOC” significa “ Opposed Piston Opposed Cylinder ”, tem duas características principais:
O virabrequim é submetido à resultante das forças transmitidas pelas hastes de tração e compressão (que se compensam) apenas pelos mancais. Isso modera a compressão nos mancais, o que facilita sua realização. A escolha de pistões opostos tem a vantagem de encurtar o virabrequim e equilibrar as massas giratórias.
Suas outras particularidades são:
O desenvolvimento foi originalmente fornecido pela Advanced Propulsion Technologies Inc .., que também detém a patente. É um projeto financiado pela DARPA , que vê importantes aplicações para helicópteros militares, veículos blindados, caminhões ou geradores de campo. Foram estudadas três variantes: uma versão de 10 kW e 6 kg , uma de 30 kW e 18 kg (acoplando três módulos de 10 kW ) e uma de 242 kW e 204 kg .
Em 2010, o americano Bill Gates investiu 23,5 milhões de dólares a favor da EcoMotors International.
No mês de fevereiro de 2011, a fabricante de caminhões Navistar International fez parceria com a EcoMotors para desenvolver um motor turbo-diesel.
No mês deabril de 2011, A montadora chinesa Djongding disse que fez parceria com a EcoMotors e iniciou a produção em série do motor do caminhão Opoc.
De 2013 a 2017, a EcoMotors International desenvolveu aplicativos civis.
Achates é um escritório de design da Califórnia que projetou um motor de pistão oposto com dois virabrequins, engrenagem de redução e turbo compressor.
De acordo com Achates, o número ideal de cilindros seria três, porque isso equilibra as pressões no turbo compressor e evita o retorno do gás de um cilindro que acabou de abrir em um cilindro já aberto; No entanto, o motor do Achates é um motor de dois cilindros.
Uma embreagem permite adaptar a velocidade de rotação do eixo do motor em função da velocidade, que, no estado da técnica, é acompanhada por uma redução no consumo de 15 a 20% em relação a um motor a diesel.
Segundo algumas fontes, Achates teria conseguido, por um bom conhecimento do fluxo de óleo e dosagem precisa do combustível, reduzir bastante as emissões de dióxido de carbono, que também já são baixas em um motor de quatro tempos.
A câmara de combustão afeta, no momento da ignição, a forma de um elipsóide de revolução , em cujas extremidades dois injetores distribuem a mistura: esta curvatura do cilindro é obtida por um perfil particular dos pistões, que empurram para trás as paredes do cilindro. em sua tradução. Isso reduz a superfície efetiva da câmara de combustão e, portanto, as perdas por troca de calor com o exterior.
A utilização de dois injetores permite alternar a injeção de duas misturas distintas e, assim, otimizar o ciclo de pressão e temperatura.
A Pinnacle desenvolve um motor de quatro tempos com dois virabrequins: com um motor de pistão oposto, isso exige o posicionamento das válvulas de admissão e escape no centro do cilindro, além do curso extremo dos dois pistões. A solução encontrada pela Pinnacle consiste em formar o cilindro de dois tubos, apertados um contra o outro por um colar bem apertado. Um dos tubos abre-se na admissão (o outro no escape) por uma manga revelando uma ranhura periférica ( manga-válvula ): esta promove a evacuação e o consumo de óleo, à custa de um motor mais pesado e complexo. O motor também opera de acordo com o “ciclo de Cleeves”, que usa o princípio do motor Otto ou diesel dependendo das circunstâncias.
A empresa britânica Powerplant Developments desenvolveu um motor de aeronave de três cilindros e pistão oposto. Suas principais vantagens são a leveza, a compactação, o consumo reduzido, aliado a maiores intervalos de recuperação e a possibilidade de utilização de querosene . Em suas duas variantes, esse motor desenvolve de 100 a 150 cv .
O motor Golle é um motor de pistão oposto cujos dois virabrequins são conectados por um pinhão . As bielas são conectadas aos pistões por juntas universais e brimbales. Esta transmissão de movimento é vedada contra ar e óleo do cilindro por um cárter. O volume entre o cardan e os dois pistões conectados faz um compressor de ar de válvula. Os pistões não são lubrificados com óleo, daí várias vantagens:
Os anéis de pistão são feitos de grafite de granulação fina, leves e autolubrificantes, e cuja estabilidade térmica (até 2.500 ° C ) resolve o problema de aquecimento no escapamento.
Este motor, devido à simetria e ao pequeno número de peças, é fácil de produzir. Ele estava dentroJunho de 2009 ainda em fase de desenvolvimento (Junho de 2009), em particular para melhorar a resistência dos pistões de grafite.
A empresa ucraniana Malychev produz um motor de pistão oposto, o 6TD-2 para o tanque T-84 , que desenvolve 1.200 cv , pesa 1,2 te consome 218 g / kWh de diesel . Ele é projetado como um motor flex- fuel . Da mesma forma o motor 10D100 desenvolvendo 3.000 hp para o motor 2TE10U, por exemplo.
A empresa britânica Diesel Air Limited desenvolveu um motor a diesel para aviões de pistão oposto de 100 HP . Como o motor Junker, possui dois virabrequins acoplados por um pinhão de engrenagem. Com uma capacidade de 1,8 l , pesa apenas 93 kg .