億万長者のビル・ゲイツとコスラ・ベンチャーズが、対向ピストンエンジンを設計するEcoMotorsに数百万ドルを投資することを決定した際、自動車業界はその動向に注目した。対向ピストンエンジンは長い歴史と輝かしい実績を持ちながらも、道路輸送においてはほぼ姿を消したままであった。EcoMotorsは、この見過ごされてきた技術に新たなアプローチをもって、それを変えようとした。
OPOCエンジンとは何か？
EcoMotorsはそのエンジンをOPOC――Opposed Piston Opposed Cylinder（対向ピストン対向シリンダー）の略――と名付けた。この設計は2つのシリンダーを備え、それぞれに向かい合う2本のピストンが収められている。OPOCアーキテクチャはガソリンエンジン（アルコール燃料対応型を含む）にも適合するが、EcoMotorsは主にディーゼル用途に注力してきた。
OPOCエンジンの仕組み
OPOCエンジンは2ストロークサイクルで動作し、各シリンダー内の対向ピストンがクランクシャフト1回転でパワーストロークを完了する。ピストンが死点に向かって移動する際、シリンダー壁のポートが開放される――一方のピストンが吸気を制御し、もう一方が排気を制御する。ポートタイミングは精密にずらされており、排気ポートが吸気ポートよりもわずかに早く開き、早く閉じるよう設計されている。これは効率的なガス交換に不可欠である。
シリンダーヘッド、バルブ、およびそれらに関連する動弁機構を排除することで、大幅な性能向上が実現した。EcoMotorsによると、同等出力の従来型ディーゼルエンジンと比較して、OPOCは以下を実現する：
- 摩擦損失を50%削減
- オイル消費量を50%低減
- 総部品点数を50%削減
- 重量を30〜50%削減
- エンジンルーム内の設置面積を2〜4分の1に縮小
主要なイノベーション：単一の中央クランクシャフト
OPOCを従来の対向ピストン設計と一線を画するのは、単一の中央クランクシャフトの採用である。従来の設計ではエンジン両端にそれぞれクランクシャフトが必要であり、大型かつ重量級のものとなっていた。その大きさゆえ、旧来の設計はディーゼル機関車や船舶に限定されていた。すべてを1つの中央クランクシャフトに集約することで、EcoMotorsは対向ピストン方式をより幅広い車両に適用可能なものにした。
電動ターボチャージャー：2ストロークの掃気問題を解決する
あらゆる2ストロークエンジンと同様に、OPOCもポートが開いている間にシリンダーを掃気するための外部装置を必要とする。EcoMotorsはこの役割をターボチャージャーに割り当てた――しかしそこには明白な問題がある：ターボチャージャーは始動時、排気ガスが圧力を生み出す前は機能しないのだ。
その解決策は、ターボチャージャーシャフトに取り付けられた統合型電動モーターである。これはまったく新しいコンセプトではないが、EcoMotorsは量産志向の設計にこれを取り入れた先駆者の一つである。その仕組みは以下の通りである：
- 始動時：電動モーターが車載バッテリーパックから電力を引き出し、エンジンが作動速度に達する前にターボチャージャーを回転させてシリンダー掃気を行う。
- 巡航時：電動モーターがオフになり、ターボチャージャーは通常通り動作する。
- 高負荷時：排気流が強い場合、電動モーターは役割を逆転させ発電機として機能し、エネルギーを回収してバッテリーを充電する。
性能ポテンシャルと理論的優位性
OPOCの2ストロークアーキテクチャは理論上、同等の4ストロークエンジンの2倍のパワー対排気量比を実現できる――ただし、この上限は実際にはまだ達成されていない。もう一つの機械的優位性はピストンストロークにある：2本の対向ピストンがストローク距離を共有するため、同じエンジン速度において各ピストンは従来のピストンの半分の距離しか移動する必要がない。これは直接的にピストン速度の低下と摩擦損失の低減につながる。
EcoMotorsはさらに、OPOCの燃焼室形状が例外的に徹底したシリンダー掃気を可能にし、2ストロークサイクルの効率をさらに高めると主張している。
ペーター・ホフバウアー：このエンジンを生み出したエンジニア
OPOCの独創性の多くは、EcoMotorsの創業者、会長兼CTOであるペーター・ホフバウアーによるものである。ホフバウアーはフォルクスワーゲンで20年以上にわたり先進エンジン開発を率い、VR6――フォルクスワーゲンのコンパクトな15度狭角V6エンジン――を含む革新的な成果を担当した。彼は2008年にEcoMotorsを設立する数年前からOPOCのレイアウトを構想し始めており、その経歴はプロジェクトに多大な信頼性をもたらしている。
実際のスペック：EM100モデル
EcoMotorsの主力ディーゼルプロトタイプであるEM100は、シャシーダイナモメーター上で500時間以上を積み重ね、コア設計が意図通りに機能することを確認するには十分な実績を持つ。しかし、主張された性能数値については、より複雑な側面がある。最大出力設定では、EM100は排気制御を無効にした場合にのみ出力とトルクの目標値を達成する。その仕様においてEcoMotorsは、排気規制よりもパワー対重量比が優先される軍事用途向けとして主に販売している。
民間向け道路車両向けには、EcoMotorsは同エンジンの異なるチューニング版を以下のスペックで提供している：
- 出力：300馬力
- トルク：746 N·m
- 燃費改善：従来型ディーゼル比約15%向上
- 排気：この仕様において一般道路規制に適合
45〜50%という目玉の効率向上主張と比べると15%は控えめに見えるかもしれないが、エンジニアが常にわずか数パーセントを争う業界においては、依然として大幅な向上を意味する。
モジュラー設計：2つのエンジン、1つのパワートレイン
OPOCアーキテクチャの最も魅力的な側面の一つは、そのモジュラースケーラビリティである。EcoMotorsは、2つのOPOCユニットを電子制御カップリングで接続し、単一の4気筒パワートレインとして組み合わせることを提案している。このシステムの仕組みは以下の通りである：
- 低負荷時：1つのモジュールのみが稼働し、最も効率的な範囲で動作する。
- 高負荷時：電子カップリングを介して第2モジュールがシームレスに接続される。
- 振動：OPOCは本質的に高バランスのため、休止中のモジュールの再起動によって生じる騒音や振動は最小限に抑えられる。
これは大型Vエンジンにおける気筒休止システムと概念的に類似しているが、重要な違いがある。従来の気筒カット機構では、休止した気筒のピストンは上下運動を続け、寄生抵抗を生み出す。OPOCのモジュラー設計では、非稼働ユニットが完全に停止するため、その損失が完全に排除される。ペア構成では、各モジュールは240馬力を発揮し、合計480馬力の出力を実現する。同時に最大45%の燃費向上と厳格な排気規制への適合を達成するとされている。
今後の展望：EM65と拡大計画
EcoMotorsはEM100の小型版も計画している：EM65は75馬力の2気筒ユニットで、主力ディーゼルモデルより軽量かつコンパクトである。EM100とは異なり、EM65はガソリンエンジンとして計画されており、より幅広い用途への道を開く：
- 小型トラックおよびバン
- 乗用車
- ハイブリッド電気自動車
OPOCはまだ発展途上の技術であり、EcoMotorsの大胆な主張の多くは実際の条件下での検証が必要な状況にある。とはいえ、フォルクスワーゲンで20年を捧げた主任設計者の実績は、プロジェクトに相応の信頼性を与えている。また、ホフバウアーのOPOCへの取り組みがポルシェ初期のエンジニアリング哲学と共鳴していることも注目に値する。フェルディナント・ポルシェ自身がフォルクスワーゲンブランドの構築において果たした礎的役割を考えれば、これは実に象徴的な共鳴である。
これは翻訳記事です。原文はこちらでお読みいただけます：https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
公開日 10月 21, 2021 • 読む時間：3分
