Amerykański Departament Energii nadal finansuje projekty związane z silnikami o przeciwsobnych tłokach, a badania z 2025 roku pokazują, że układ ten jest rozpatrywany także w kontekście wodoru, a nie tylko klasycznego diesla. Najciekawsze jest to, że w grę wchodzi jednostka, która ma bardzo długą historię. Przykład? Junkers Jumo 205, a więc przedwojennym, dwusuwowym, chłodzonym cieczą silnikiem o przeciwsobnym układzie tłoków.
Jak działa silnik o przeciwsobnych tłokach?
W przypadku tego typu jednostek napędowych w jednym cylindrze pracują dwa tłoki poruszające się ku sobie i od siebie. Między nimi powstaje zaś komora spalania, a klasyczna głowica cylindra po prostu znika. W nowoczesnych interpretacjach tego układu najczęściej mówimy o dwusuwie, w którym porty dolotowe i wylotowe znajdują się po przeciwnych stronach cylindra, a ich otwieranie i zamykanie wynika z ruchu samych tłoków. Sens tej architektury jest dość logiczny, bo gdy tylko znika głowica, poprawia się stosunek powierzchni komory spalania do jej objętości, a to oznacza znacznie mniejsze straty ciepła. W dodatku sam układ tego typu może korzystać z długiego efektywnego skoku względem średnicy cylindra, a dzięki pracy dwusuwowej osiąga wysoką gęstość mocy.
Czytaj też: Czołg z silnikiem odrzutowym ma sens? Abrams, którego nie chcieli nawet Amerykanie
W analizie SAE z 2011 roku symulacja wskazała około 10,4% niższe zużycie paliwa w cyklu mieszanym względem porównywalnego czterosuwu, a w ujęciu zużycia paliwa w cyklu hamowania przewaga wyniosła około 9,0%. Z kolei badanie z 2023 roku pokazało, że w zoptymalizowanym układzie dwusuw o przeciwsobnych tłokach osiągał niższe straty transferu ciepła i wyższą sprawność spalania niż klasyczny diesel czterosuwowy. Właśnie tutaj rodzi się największa pokusa, bo w świecie, w którym każdy dodatkowy punkt sprawności ma znaczenie, silnik o przeciwsobnych tłokach obiecuje nie tylko wyższą efektywność, ale też mniejszą liczbę elementów typowych dla klasycznego czterosuwu, a to przekłada się bezpośrednio na koszt produkcji oraz napraw i naturalnie wysokość spalania.
Dlaczego ta architektura znowu wraca?
Powrót tej technologii nie bierze się z nostalgii, tylko z bardzo konkretnych potrzeb. Dla wojska najważniejsza jest gęstość mocy i niższy ślad cieplny układu chłodzenia, dla ciężkiego transportu paliwożerność, emisje i koszt spełnienia przyszłych norm, a dla sektorów trudnych do pełnej elektryfikacji możliwość pracy na różnych paliwach. Trudno się więc dziwić, że Achates i Cummins od lat rozwijają dla Armii USA jednostkę Advanced Combat Engine o pojemności 14,3 litra, mocy 1000 koni mechanicznych oraz momencie obrotowym na poziomie około 3287 Nm. Według oficjalnych materiałów ta jednostka ma dawać 50% wzrostu gęstości mocy i 13% poprawy efektywności paliwowej względem obecnych silników bojowych.
Najciekawiej wygląda jednak ciężki transport. Achates informował, że jego 10,6-litrowy, trzycylindrowy silnik o mocy 400 koni trafił do eksploatacji flotowej w ciągniku Peterbilt 579 używanym przez Walmart. Z opublikowanych wyników wyszła ponad 10-procentowa przewaga w zużyciu paliwa nad referencyjnym silnikiem przy podobnych trasach, podobnym obciążeniu i tym samym kierowcy, a także duży margines względem najbardziej rygorystycznych proponowanych limitów EPA dla NOx.
W 2024 roku Achates poszło krok dalej i ogłosiło, że ich architektura pokazała do 20% poprawy efektywności względem dzisiejszych silników diesla przy spełnieniu wymagań co do emisji NOx. Firma stwierdziła też, że osiągnęła to z wykorzystaniem konwencjonalnego, dostępnego komercyjnie układu i bez dokładania egzotycznych urządzeń do kontroli emisji. Nawet jeśli potraktować te deklaracje ostrożnie, to sam kierunek jest czytelny: silnik o przeciwsobnych tłokach jest dziś rozwijany nie jako dziwactwo dla kolekcjonerów, ale jako sposób na pogodzenie niskiej emisji z rozsądną efektywnością w sektorach, które nie mogą po prostu przejść na elektryczne napędy.
W czym tkwi przewaga silnika o przeciwsobnych tłokach?
Największa zaleta tego typu silnika leży w tym, że kilka korzyści nakłada się na siebie jednocześnie. Lepszy stosunek powierzchni do objętości ogranicza straty ciepła. Dwusuw zwiększa częstotliwość zapłonów i poprawia gęstość mocy. Brak głowicy oraz klasycznego układu zaworowego zmniejsza liczbę części i część strat mechanicznych. Jednokierunkowe oczyszczanie cylindra poprawia wymianę ładunku. W połączeniu daje to architekturę, która przy odpowiednim sterowaniu doładowaniem i wymianą gazów może utrzymywać korzystniejsze warunki spalania niż klasyczny czterosuw.
Czytaj też: Zmienne sprężanie w silniku. Infiniti VC-Turbo to pierwszy taki silnik na świecie
To tłumaczy, dlaczego technologia zaczyna interesować także specjalistów zajmujących się wykorzystaniem wodoru. Badanie z 2025 roku w czasopiśmie Energies analizowało wysokowydajny, dwusuwowy silnik o przeciwsobnych tłokach zasilany wodorem, celując w 130 kW/l i sprawność cieplną powyżej 40%. To nie znaczy jeszcze, że wodór nagle uratuje spalinówkę. Znaczy natomiast, że ta architektura jest traktowana jako sensowna baza do eksperymentów tam, gdzie liczy się jednocześnie zwartość, wysoka moc właściwa i sprawność.
Dlaczego ten silnik wciąż nie podbił rynku?
Tutaj dochodzimy do najważniejszego hamulca. Silnik o przeciwsobnych tłokach wygląda świetnie wtedy, gdy patrzy się na jego zalety w przekroju i w symulacji. Schody zaczynają się dopiero, kiedy trzeba zamienić to w produkt tani, trwały i łatwy do seryjnej produkcji. Sam Achates w materiałach technicznych przyznawał, że rozwój nowoczesnego silnika tego typu wymagał rozwiązywania problemów związanych z zarządzaniem temperaturą tłoków i cylindra, trwałością sworznia, pierścieni czy całego układu.
Do tego dochodzi sama mechanika. Brak głowicy i zaworów nie oznacza automatycznie prostoty całego układu. W praktyce taka jednostka wymusza pojawienia się dwóch wałów korbowych, przekładni synchronizujących, bardzo wrażliwego sterowania oraz wysoką zależność osiągów od szczegółów geometrii oraz sterowania. Synchronizacja ruchu tłoków ma być jednym z głównych wyzwań stabilnej pracy, ale musimy pamiętać, że to wprawdzie nie przekreśla koncepcji, ale przypomina, że “mniej części” nie zawsze znaczy “łatwiejszy produkt”.
Czytaj też: Ten silnik złamał zasady. Spalanie jak w dieslu, ale bez jego problemów
Właśnie dlatego nie obstawiałbym dziś renesansu silnika o przeciwsobnych tłokach w zwykłych samochodach osobowych. Tam rynek jest już zbyt mocno zabetonowany przez sprawdzone układy, koszty homologacji i coraz silniejszą elektryfikację. Zupełnie inaczej wygląda to w ciężarówkach, wojsku, kolei, żegludze czy wyspecjalizowanych zastosowaniach terenowych. To są segmenty, w których każdy procent sprawności, każdy litr paliwa i każdy kilogram układu napędowego nadal mają bezpośrednią wartość operacyjną, co potwierdza aktualny wysiłek amerykańskiego rządu. Silniki o przeciwsobnych tłokach nie są więc ani technologicznym wybawieniem, ani martwym reliktem. Mogą jednak okazać się bardzo sensowne tam, gdzie klasyczny czterosuw zaczyna dobijać do granic swojej opłacalności.
Źródła: Amerykański Departament Energii, RAF Museum, Achates Power, Case Studies in Thermal Engineering, DieselNet, MDPI
