Jak to działa? Silnik z przeciwsobnymi tłokami, czyli prawdziwy boxer

Zawsze mi się wydawało, że silniki typu boxer mają bezsensowną nazwę, bo przecież machają tłokami w cylindrach na zewnątrz, a nie przeciwko sobie. Pewna amerykańska firma rozwija jednak koncepcję silnika spalinowego, w którym tłoki naprawdę niemalże „biją się” ze sobą. Jak go nazwać? Jak on działa?

Podobno silnik spalinowy wchodzi już w swoją końcową fazę rozwoju. Mimo to jednak wciąż pojawiają się próby ulepszeń istniejących konstrukcji, nawet takich, które wydają się zupełnie zapomniane. Jedną z nich jest unowocześniony silnik z przeciwsobnym ruchem tłoka, z angielskiego „opposed piston engine”. Uznałem, że warto o nim napisać, bo za sprawą amerykańskiej firmy Achates Power, do sprzedaży w nadchodzącym roku ma trafić pickup z silnikiem tego typu – byłoby to pierwsze zastosowanie takiej jednostki napędowej w samochodzie. Do tej pory silniki z przeciwsobnymi tłokami – znane zresztą od końca XIX w. – trafiały tylko do takich zastosowań jak samoloty, lokomotywy, silniki stacjonarne itp.

Achates Power twierdzi, że ich dwusuwowy diesel jest o połowę oszczędniejszy niż tradycyjny silnik benzynowy i 30% oszczędniejszy niż typowy diesel

Wyobraźmy sobie standardowy silnik rzędowy o trzech cylindrach. A teraz drugi. A teraz zdejmijmy z nich głowice cylindrów i zestawmy je ze sobą blokami, tak żeby tłoki poruszały się naprzeciw siebie. Gotowe – oto „prawdziwy boxer”, gdzie tłoki faktycznie boksują się ze sobą. Zalety? Przede wszystkim niepotrzebny jest rozrząd z wałkami, krzywkami, popychaczami, dźwigienkami, sprężynkami i całym majdanem.

Silnik tego typu pracuje w cyklu dwusuwowym. To znaczy, że każde „bliskie spotkanie” tłoków oznacza wtrysk paliwa i zapłon. Gdy tłoki rozchodzą się, gazy wydechowe wypadają przez kanały w cylindrze, a gdy osiągną maksymalnie oddalone położenie, zaczyna się suw ssania powietrza. Po dojściu tłoków do najbliższego sobie położenia powietrze jest skompresowane, wtedy następuje wtrysk oleju napędowego do komory spalania i samozapłon mieszanki paliwa z powietrzem. Tłoki znów się rozchodzą, gazy wydechowe wypadają… i tak w kółko.

To gdzie ta korzyść?

Dwa razy więcej suwów pracy to płynniejsza praca, większa moc i lepsza wydajność, tzn. mniej energii jest wytracanej w postaci ciepła. Nie ma głowicy cylindrów, przez którą ciepło uchodzi w powietrze – najgorętszy punkt, tzn. miejsce wtrysku paliwa znajduje się pośrodku silnika i ciepło rozchodzi się równomiernie. Bardzo długi skok tłoków w stosunku do średnicy cylindra pozwala uzyskać dużą moc bez konieczności rozwijania przesadnie wysokich obrotów. Gotowy do produkcji, 3-cylindrowy, 2,7-litrowy silnik Achates Power ma moc 270 KM i podwójne doładowanie, tzn. i turbosprężarkę, i sprężarkę mechaniczną. Testy wykazały, że jednostka napędowa tego typu nie tylko osiąga sprawność przekraczającą 55%, ale też utrzymuje ją w szerokich zakresach obrotów, czego silniki konwencjonalne nie umieją. Najbardziej efektywny jest wariant 3-cylindrowy, podobnie zresztą jak w innych dwusuwach. Cztery cylindry nie mają sensu, bo wtedy suwy pracy zachodzą na siebie zanadto.

Niedługo w Fordzie?

Producent twierdzi też, że taki diesel może pracować na uboższej mieszance i emituje nie aż tak brudne spaliny jak wersja standardowa. Ponoć aż dziewięciu producentów samochodów użytkowych podpisało z Achates Power umowę o współpracy. Nie bez powodu prototypowy pojazd z tym silnikiem to Ford. Podobno właśnie Ford jest zainteresowany wprowadzeniem czegoś takiego do swojego bestsellera F150 (o którym wkrótce napiszemy). Ciekawe jak mają zamiar rozwiązać problemy wynikające z konstrukcji takiego silnika. Jest ich całkiem sporo. Po pierwsze: nie ma rozrządu, ale są dwa wały korbowe, dwa zestawy panewek głównych, sześć zestawów panewek korbowodowych. To właściwie jak w V-szóstce. Podnosi to masę i stopień skomplikowania. Silnik jest wysoki, zajmuje dużo miejsca od ziemi do krawędzi maski. To w końcu przecież dwa silniki nałożone na siebie. Trzeba montować go ukośnie. Kultura pracy nie jest najwyższa, bo trzy cylindry są średnio wyważone. Niby oba wały korbowe łączy wielkie koło wyrównoważające, ale nie znalazłem żadnych filmików jak to pracuje na wolnych obrotach. Obawiam się, że nie ma się czym chwalić.

Sukces jest o krok. Porażka też

Achates Power od lat już rozwija ten wynalazek i często powtarza że są o krok od sukcesu komercyjnego. Ich przykład pokazuje jak wiele w historii motoryzacji było przełomowych projektów, po dłuższym czasie okazujących się ślepymi uliczkami. Silniki parowe o nierównych cylindrach (Abner Doble), silniki Wankla, dwusuwy, a nawet silniki gwiazdowe – wszystko próbowano stosować i mimo początkowych sukcesów, problemy okazywały się za duże. Ciekawe, czy tak samo skończy silnik z przeciwsobnymi tłokami od Achatesa – a może rzeczywiście któryś z producentów odważy się go wprowadzić do aut użytkowych w pogoni za oszczędnością paliwa? Podobno Amerykanie są mocno zainteresowani dieslami, gdy chodzi o pickupy.