Ingineria genială a motorului triunghiular diesel în doi timpi Napier Deltic, folosit la nave şi locomotive

Acum mai bine de o săptămână, publicam un articol despre ingineria curioasă a motorului Commer TS3, cu 3 cilindri şi 6 pistoane, în doi timpi, iar acel articol stârnise mirarea şi curiozitatea multor cititor prin construcţia sa cu câte două pistoane reciprocitare per cilindru. Spuneam atunci, însă, că acest principiu era aplicat adeseori şi pe motoare de locomotive, inclusiv pe motorul celei mai vechi locomotive din Moldova, despre care publicasem un alt articol separat. Astăzi, însă, vom vorbi despre un motor care dus acest principiul al pistoanelor reciprocitare până la o genialitate absolută. Am fi vrut să spune că e o construcţie genial de simplă şi este, într-o măsură, pentru că elimină multe componente. Dar este şi extraordinar de complexă în acelaşi timp. Aşadar, azi vorbim de motorul triunghiuri în doi timp Napier Deltic.

Fiecare cilindru al motorului Napier Deltic este construit după exact acelaşi principiu al pistoanelor reciprocitare, care se mişcă în direcţie opusă odată cu combustia. În mod normal, cilindrul unui motor una din părţi este fixă, iar în cealaltă parte e pistonul cu bielă, care mişcă atunci când are loc combustia şi pune în mişcare arborele cotit. La cilindrii cu două pistoane, combustia care porneşte din mijloc cilindrului mişcă ambele pistoane în sensuri opuse. Fiind un motor în doi timpi, combustia are loc după fiecare revenire a pistoanelor în poziţia iniţială. Şi întrucât există două pistoane, fiecare cu biela lui, e logică că trebuie să existe doi arbori cotiţi, unul sus şi unul jos. Aşa se întâmpla al motorul de locomotivă menţionată mai sus.

Foto: Construcţia motorului locomotivei din Moldova

La motorul de camion Commer, exista un singur arbore cotit, dar bielele erau modificate astfel încât să-l mişte, ajutate şi de poziţionare în stil boxer a cilindrilor.

Foto: Construcţia motoroul de camion Commer TS3

La motorul Napier, însă, există 3 arbori cotiţi, pentru că există trei blocuri cilindrice ce formează un triunghi echilateral. Pe fiecare din laturile acestui triunghi există câte un cilindru cu câte două pistoane reciprocitare, iar pe vârfurile triunghiului sunt poziţionaţi arborii cotiţi. Astfel, fiecare din arborii cotiţi primesc impulsuri de mişcare atât de la cilindrii din blocul din stânga sa, cât şi din dreapta sa, similar cum se întâmplă la un motor în formă de V, doar că aici blocurile sunt poziţionate la 60 grade unul faţă de celălalt. De la forma triunghiulară, similară simbolului delta, vine şi denumirea motorului, de Napier Deltic.

Această construcţie era genială prin faptul că elimina chiulasele, iar aranjamentul în triunghi permitea o formă mai compactă şi cu mai puţin material dedicat arborilor cotiţi. Ideea e că forma triunghiulară putea fi replicată în mai mulţi cilindri, spre exemplu la 18 cilindri, câte 6 pe fiecare bloc. Dacă se puneau 18 cilindri în rând, chiar şi cu pistoane reciprocitare, rezulta un motor uriaş, foarte lung. Dacă se puneau 3 motoare alăturate, ar fi fost nevoie de 6 arbori cotiţi. Amplasarea în triunghi, însă, permitea ca motorul să aibă lungimea unuia de 6 cilindri şi să folosească doar 3 arbori cotiţi la fel de scurţi ca la un motor de 6 cilindri.

Dezvoltarea motorului a început în anul 1943, când marina militară britanică a cerut inginerilor să dezvolte un motor puternic, compact şi uşor, pentru navele torpedo. Aceste nave foloseau motoare pe benzină, dar faptul că trebuiau să transporte benzină la bord le făcea vulnerabile pentru incendii. Motoarele diesel de până atunci, pe de altă parte, erau cunoscute pentru a fi mai grele faţă de puterea pe care o livrau, raportul de greutate/putere nefiindu-le foarte favorabil. Napier folosise, însă, designul cu două pistoane deja la un motor pentru avionul Junkers, Jumo 204, acolo fiind vorba de un motor cu cilindrii în linie, cu doi arbori cotiţi.

Pentru că acum cerinţele de putere erau mult mai mari, cei de la Napier s-au gândit la designul triunghiular, el fiind anterior considerat doar teoretic posibil, l-au arătat celor din marină şi au primit undă verde să meargă mai departe cu dezvoltarea motorului.

Inginerii au calculat că unul din arborii cotiţi trebuie să se învârtă în direcţia inversă acelor ceasornicului, în timp ce celelalte două să urmeze acele ceasornicului, pentru a putea asigura echilibrare şi fazele corecte ale cilindrilor. S-au făcut calcule minuţioase pentru eficienţa volumetrică, pentru a poziţiona corect cămăşile de admisie şi evacuare în cilindru, pentru a asigura fluxul corect al gazelor şi amestecului în interior.

Varianta cu 18 cilindri a fost prima dezvoltată şi, practic, la fiecare 20 grade de rotire a arborilor cotiţi avea loc un eveniment de combustie al unuia din cilindri. Asta dăduse o lipsă de vibraţii torsionare şi o funcţionare neaşteptat de echilibrată, care a fost mai apoi adorată de cei care conducea submarine sau nave căutătoare de mine marine.

Deşi motorul nu avea vale, exista o tijă care era pusă în mişcare de fiecare arbore cotit, acea tijă propulsând pompa injectoare a fiecărui cilindru. Contractul cu marina britanică pentru construcţia motorului a fost semnat abia n 1946, iar primul motor a fost construit în 1950.

Acel motor era unul de 18 cilindri, după cum spuneam. Fiecare cilindru avea o capacitate de 4,9 litri, deci cilindreea totală pentru 18 cilindri era de 88,2 litri. Puterea era cotată ca fiind de 1.875 CP la turaţii moderate, sau 2.500 CP la putere maximă pe o perioadă limitată de timp. Ulterior a apărut şi o versiune care dezvolta 2.035 CP în regim standard şi 2.730 CP în regim de putere maximă.

Primul motor construit în 1950 avea o eficienţă mecanică măsurată de 85,5% la 2.200 rpm, un fapt nemaivăzut până atunci. În 1951, două nave capturate anterior de la germani, trecuseră prin schimbarea de motor de la un diesel Mercedes cu 20 cilindri în formă de V la Napier, motor care era de 3 ori mai compact, livrând o putere mai mare. Motorul Napier cântărea de 5 ori mai puţin decât acele Mercedes.

Au urmat mai multe motoare produce şi pentru marina britanică, şi pentru uz civil, cele pentru uz civil având 1.900 CP. Versiunea civilă putea funcţiona cu un interval de mentenanţă tehnică de 5.000 ore şi a început a fi atractivă şi pentru locomotive.

Foto: Locomotivă cu motor Napier Deltic

Apoi a apărut şi o versiune de 9 cilindri, cu câte 3 cilindri pe fiecare bloc, care avea 44,1 litri cilindree şi care a fost preferată de navele mai mici. Acel motor mai mic dezvolta 950 CP în regim normal şi 1.250 CP în regim de putere maximă.

Foto: Motor Napier de 9 cilindri

Au apărut şi versiuni turbo aspirate ale motorului Napier Deltic. Motorul turbo mai avea un soi de compresor mecanic, necesar la motoarele diesel în doi timpi, dar adăuga şi o turbină imensă, de 458 mm în diametru. Puterea rezultată din cei 18 cilindri era de 2.400 CP în regim nominal şi 3.100 CP în regim maxim! Versiunea turbo de 9 cilindri putea produce 1.100 CP!

Foto: Versiunea turbo a motorului Napier Deltic

Napier a experimentat şi cu construcţia unui singur exemplar al motorului Deltic, care avea o turbină cutrei etape de includere şi un compresor mecanic montat în interiorul triunghiului, între cele trei blocuri. Acel motor a fost adus la o putere de 5.500 CP! Asta se întâmpla încă în 1956, înainte de introducerea motoarelor turbo standard! Deci, acest motor avea deja în 1956 o ipostază de 5.500 CP!

Motorul Napier Deltic de 5.100 CP

În 1959 şi apoi pe parcursul anilor 60, motoarele Napier au ajuns pe o mulţime de nave şi ambarcaţiuni mai mici, dar foarte rapide, din dotarea Marii Britanii, SUA, Norvegiei, Germaniei, Turciei şi Greciei. Motoarele Napier Deltic au fost atât de bune, încât se instalau pe nave militare chiar şi în anii 80. De fapt, motoarele Napier Deltic mai funcţionează şi azi pe unele nave construite în anii 70 şi 80, spre exemplu marina britanică are încă în exploatare 9 nave căutătoare de mine, propulsate de motoare Napier Deltic!

Foto: Navă cu motor Napier Deltic

Aşadar, au fost motoare de o inginerie fenomenală pentru acele timpuri şi pentru 70 de ani care au urmat, rezistând şi astăzi în funcţionare!