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Le diesel multivilebrequin à pistons opposés (2)



par François Dovat

Le diesel le plus extraordinaire construit par Junkers fut le Jumo 223. Ce propulseur groupait quatre rangs de 6 cylindres disposés à 90° sur les faces d’un losange équilatéral dont 4 vilebrequins formaient les angles. Développement logique du moteur à 2 vilebrequins, il comportait donc 24 cylindres et 48 pistons. On quadruplait le nombre de cylindres en ne multipliant que par deux le nombre de lignes d’arbres. En 1939, pour gagner la guerre, on ne reculait pas devant les difficultés techniques et des coûts de développement exorbitants…

Figure 9 : Jumo 223

Le premier – et unique – exemplaire construit atteignit finalement la puissance de 2200 ch à 4400 t/mn au banc d’essai peu avant la fin de la guerre. Il aurait peut-être été monté comme propulseur central sur un trimoteur Ju 52 et aurait accompli un ou plusieurs vols d’essai. Ses cylindres étaient plus petits que ceux des Jumo 205 et 207, avec 80 d’alésage pour 2 · 120 de course. Il était prévu de l’équiper d’un turbocompresseur permettant d’atteindre 2500 ch au même régime – qui impliquait une vitesse moyenne de piston de 17,6 m/sec. Cela semble incroyablement élevé. Néanmoins, il faut considérer le fait que dans un 2 temps les forces de traction sur l’ensemble piston-bielle au voisinage du point mort haut sont contrecarrées à chaque course par les pressions de compression et de combustion, et non seulement une course sur deux comme c’est le cas dans un cycle à 4 temps.

La documentation technique détaillée concernant ce moteur est restée introuvable et l’unique exemplaire aurait été détruit lors d’un bombardement de l’usine Junkers à Dessau, ou emmené en URSS. L’ingénieur Manfred Gerlach, resté sur place après l’arrivée des Soviétiques, a continué sous leur pouvoir le développement de la version plus grande Jumo 224. Ce projet avait été lancé en 1943 et on y progressait au ralenti tout comme pour le 223, car les capacités de développement étaient réservées en priorité aux V 12 inversés à injection directe d’essence Jumo 213 ainsi qu’aux turbo-réacteurs Jumo 004 destinés aux Messerschmitt 262 et Arado 234. Il utilisait des cylindres aux dimensions identiques à celles des Jumo 207 D, soit 110 · (2 · 160) pour une cylindrée de 73 litres et une puissance de quelque 4500 ch à 3000 t/mn. Sa construction et sa mise au point se seraient poursuivies à Dessau, puis à Moscou.

D’après les trois médiocres photographies du Jumo 223 qui constituent à peu près toute la documentation disponible à son sujet, les vilebrequins d’admission étaient latéraux et les échappements apparaissent groupés autour des vilebrequins inférieurs et supérieurs. Deux cylindres, se trouvaient dans la même phase du cycle et l’on avait donc deux combustions simultanées. Avec les manetons de chaque vilebrequin espacés de 60° et deux ensembles pistons-bielles à 90° l’un de l’autre sur chaque maneton, on obtenait des intervalles réguliers de 30° entre chaque combustion double. Les 4 vilebrequins tournaient tous dans le même sens et chacun d’entre eux devait être synchronisé avec son pair opposé diagonalement, tout décalage angulaire induisant des temps de distribution inégaux entre les quatre rangs de cylindres. Les cylindres de chacun de ces rangs étaient groupés par trois en deux blocs boulonnés ensemble à mi-longueur du moteur. Les quatre vilebrequins comportaient manifestement une prise de force médiane et pouvaient être engrenés directement sur l’arbre d’hélice au moyen d’une grande roue dentée centrale mise en place avant l’assemblage des blocs de cylindres avant et arrière. Les arbres à cames commandant les pompes d’injection étaient entraînés par les pignons de prise de force centraux des vilebrequins latéraux. Le compresseur centrifuge, monté transversalement à l’arrière, disposait de 4 sorties, soit une par rangée de cylindres.

On sait en outre que le rapport du réducteur était de 3,9 :1, que le poids du moteur était de 1400 kg, que ses dimensions atteignaient 2,37 m de long, 1,37 m de haut et 1,24 m de large. Le taux de compression est donné à 17 :1 et la consommation spécifique à 175 g/ch/h. Si la puissance de 2200 ch a été effectivement obtenue, elle correspond à 76 ch/l, ceci malgré une pression moyenne effective modeste de quelque 9 bars.

Après la guerre, le développement des diesels Junkers continua également en Grande-Bretagne où la firme Napier avait, dans les années 30, construit sous licence quelques prototypes de Jumo 205 renommés Culverin. Sous la direction technique d’un ingénieur de génie, Ernest Chatterton, Napier entreprit la réalisation d’un moteur en triangle équilatéral basé sur la technologie des Jumo diesels, le Deltic. Destiné initialement à la propulsion marine, le Deltic avait 3 rangs de 6 cylindres à 60° et 3 vilebrequins à chaque angle du triangle selon un concept qui serait dû à un obscur ingénieur nommé Norbert Penwarden. Ses 18 cylindres et ses 36 pistons lui donnaient une cylindrée de 88,2 litres grâce à des dimensions de 130,17 · (2 · 184,15), soit un rapport alésage-course de 1,42, très proche de celui des Jumo 207 D et 224.

Figure 10 : Napier Deltic

En décalant ses trois vilebrequins de 20°, on obtenait à la fois le retard nécessaire des pistons d’admission sur ceux d’échappement et un espacement de 20° (360° : 18 = 20°) entre chaque cylindre d’un même plan transversal, puisque 3 · 20° = 60°, soit précisément l’angle entre deux des rangs de cylindres ! On avait ainsi des combustions régulièrement espacées. Contrairement au cas des moteurs tels que les Jumo 223 et 224 disposés en carrés (ou en losange), dans une telle construction en triangle il fallut monter un piston d’admission et un d’échappement sur le même maneton, les deux vilebrequins supérieurs tournant dans un sens et l’inférieur dans l’autre sens. L’avance à l’échappement était donc intrinsèquement liée à cette conception et ne pouvait être modifiée. Avec 20° de décalage, on s’écartait assurément de la valeur optimale, mais les conséquences ne devaient pas en être excessivement graves puisque les consommations spécifiques étaient données à 160 ou 165 g/ch/h au régime nominal. D’autre part la puissance était également répartie entre les trois vilebrequins et les moteurs tournaient avec une remarquable absence de vibrations.

Figure 11 : Napier Deltic

Figure 12: Napier Deltic

Toutefois, les Deltic étaient des engins complexes, notamment par leurs trains d’engrenages d’accouplement des 3 vilebrequins et d’entraînement des accessoires. Les lumières d’échappement ne couvraient que la face externe de la circonférence des chemises, car il était hors de question de prévoir des collecteurs d’échappement à l’intérieur du triangle formé par les rangées de cylindres. Ce triangle était fermé à une extrémité par le train d’engrenages de liaison et de prise de force et à l’autre par la turbomachinerie et son entraînement, fort complexes eux aussi, surtout dans les dernières variantes qui comportaient un turbocompresseur compound – c’est à dire relié mécaniquement par trains d’engrenages à la, ou en l’occurrence aux, ligne(s) d’arbre – et trois Intercoolers. Ces versions (CT18-52B) destinées à des vedettes rapides pesaient 6200 kg complètes avec leur transmission et étaient capables de développer jusqu’à 3100 ch à 2100 t/ mn.

Les Deltic montés sur 22 locomotives du même nom (ou classe 55) des British Railways ont terminé leur carrière en 1982 après 20 ans de service. Ces locomotives diesel-électriques CC de 99 tonnes équipées de deux Napier Deltic 18-25B d’une puissance continue de 1650 ch à 1500t/mn chacun ont fait preuve de performances exceptionnelles et pouvaient dépasser 160 km/h. Six d’entres-elles ont été préservées en état de service et tractent encore occasionnellement des trains charters.

Les chars d'assaut Chieftain étaient équipés de 2 moteurs à pistons opposés, dont un petit 3 cylindres Coventry-Climax H-30 de 1 litre entraînant leur générateur et pouvant aussi servir au lancement du moteur principal. Ce dernier était un 6 cylindres polycarburant de 19 litres Leyland L-60 assez semblable au Junkers Jumo 205, mais avec des cotes de 117,6 ·(2 ·146) mm, soit un rapport course/alésage de 1,24. Le balayage était assuré par un compressur Roots, bien visible dans la figure 13. Le développement de cet engin posa un certain nombre de problèmes; ainsi la puissance spécifiée de 750 ch à 2100 tr/mn ne fut atteinte que sur les dernières versions, dans les années 70 et il semble que sa fiabilité fut plutôt catastrophique.

Le Rolls-Royce K-60 est un moteur analogue mais de 6,6 litres pour 240 ch à 3750 tr/mn.

Figure 13: Leyland L-60

D'autres 6 cylindres à 12 pistons sont produits en Ukraine par Kharkov Engine Building Design Bureau (KhkBD) pour la propulsion des chars d'assaut. Leur cylindrée de 16,3 litres est obtenue par des cotes carrées de 120 · (2 · 120) mm, ils pèsent 1180 kg, mesurent 1602 · 955 · 581 mm et sont livrables en deux versions:

6TD-1: 1000 ch à 2800 t/mn, 158 g/ch/h, 256 mkg à 2050 t/mn

6TD-2: 1200 ch à 2600t/mn, 160 g/ch/h

Figure 14 : KhkBD 6 TD-1

Divers autres moteurs à pistons opposés ont existé ou sont actuellement en étude, dont certains, notamment avec un seul vilebrequin, ont été prévus ou utilisés en technique automobile. (Voir dossier à venir).

(© François Dovat)
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Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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