当亿万富翁比尔·盖茨（Bill Gates）和科斯拉风险投资（Khosla Ventures）决定向EcoMotors——一家专注于对置活塞发动机设计的公司——投入数百万美元时，汽车界为之侧目。对置活塞发动机拥有悠久而辉煌的历史，但在道路交通领域却始终鲜有应用。EcoMotors致力于以全新视角重新诠释这一长期被忽视的技术。
OPOC发动机是什么？
EcoMotors将其发动机命名为 OPOC——即 对置活塞对置气缸（Opposed Piston Opposed Cylinder）的缩写。该设计采用两个气缸，每个气缸内装有两个相向而置的活塞。虽然OPOC架构也兼容汽油发动机（包括醇燃料变体），但EcoMotors主要专注于柴油应用领域。
OPOC发动机的工作原理
OPOC发动机采用二冲程循环，即每个气缸内的对置活塞在曲轴一次旋转中即可完成一个做功冲程。当活塞向止点运动时，会开启气缸壁上的气口——一个活塞控制进气，另一个控制排气。气口的开启时序经过精心错排，使排气口略早于进气口开启、略早于进气口关闭，这对于实现高效气体交换至关重要。
取消气缸盖、气门及其相关驱动机构带来了显著的性能提升。据EcoMotors称，与同等功率的传统柴油发动机相比，OPOC实现了：
- 摩擦损失降低50%
- 机油消耗减少50%
- 零部件总数减少50%
- 重量降低30–50%
- 发动机舱占用空间缩小2–4倍
核心创新：单一中央曲轴
OPOC区别于早期对置活塞设计的关键，在于其采用了单一中央曲轴。此前的设计需要两根曲轴——分别位于发动机两端——导致整体尺寸更大、重量更重。这一缺陷使早期设计只能应用于柴油机车和船舶。通过将所有结构集中于一根中央曲轴，EcoMotors使对置活塞方案得以应用于更广泛的车辆类型。
电动涡轮增压器：解决二冲程扫气难题
与所有二冲程发动机一样，OPOC需要一个外部装置在气口开启时对气缸进行扫气。EcoMotors将这一任务交由涡轮增压器承担——但这带来了一个显而易见的问题：涡轮增压器在启动时，排气尚未建立压力，因此毫无用武之地。
解决方案是在涡轮增压器轴上集成一台电动机。这并非全新概念，但EcoMotors是最早将其引入量产化设计的公司之一。其工作原理如下：
- 启动时： 电动机从车载电池组取电，驱动涡轮增压器旋转，在发动机达到工作转速之前完成气缸扫气。
- 巡航时： 电动机关闭，涡轮增压器按常规模式运行。
- 高负荷时： 当排气流量充足时，电动机反转充当发电机，回收能量并为电池充电。
性能潜力与理论优势
OPOC的二冲程架构理论上能够实现与同类四冲程发动机相比两倍的升功率，尽管这一极限在实践中尚未达到。另一项机械优势体现在活塞行程上：由于两个对置活塞共同分担冲程距离，在相同发动机转速下，每个活塞只需运动常规活塞行程的一半。这直接转化为更低的活塞速度和更少的摩擦损失。
EcoMotors还声称，OPOC的燃烧室几何形状能够实现异常彻底的气缸扫气，进一步最大化二冲程循环的效率。
彼得·霍夫鲍尔：发动机背后的工程师
OPOC的独到之处，很大程度上归功于彼得·霍夫鲍尔（Peter Hofbauer）——EcoMotors的创始人、董事长兼首席技术官。霍夫鲍尔在大众汽车（Volkswagen）主导先进发动机研发工作长达二十余年，期间负责包括VR6在内的多项创新——VR6即大众的紧凑型15度窄夹角V6发动机。他在2008年创立EcoMotors之前数年便已开始构思OPOC布局，其深厚的从业背景为该项目赋予了相当的公信力。
实际规格：EM100型号
EcoMotors的旗舰柴油原型机EM100已在底盘测功机上累计运行超过500小时——足以证实核心设计按预期运作。然而，涉及声称的性能参数时，情况则更为复杂。在最大输出设置下，EM100仅在不启用排放控制装置的情况下才能达到功率和扭矩目标。在这一配置下，EcoMotors主要将其面向军事应用市场推广，因为在该领域，功重比优先于排放合规性。
针对民用道路车辆，EcoMotors提供同款发动机的差异化调校版本，规格如下：
- 输出功率： 300马力
- 扭矩： 746 N·m
- 燃油效率提升： 较传统柴油发动机约提升15%
- 排放： 在此配置下符合标准道路法规
与头条宣传的45–50%效率提升相比，15%或许看似不大，但在工程师们日常为零点几个百分点而奋斗的行业中，这仍代表着可观的进步。
模块化设计：两台发动机，一套动力系统
OPOC架构最引人注目的特点之一是其模块化可扩展性。EcoMotors提议将两台OPOC单元通过电控联轴器串联，组成一套四缸动力系统。其工作逻辑如下：
- 低负荷时： 仅运行一个模块，在其最高效的工况范围内工作。
- 高负荷时： 通过电控联轴器无缝接合第二个模块。
- 振动： 由于OPOC本身具有良好的平衡性，休眠模块的重新启动几乎不产生噪声或顿挫感。
这在概念上与大排量V型发动机的气缸停缸技术类似——但有一个关键区别。在传统停缸系统中，被停用的活塞仍在持续上下运动，产生寄生阻力。而在OPOC模块化方案中，非工作单元完全停止运转，彻底消除了这一损耗。在双模块配置下，每个模块额定功率为240马力，合计输出480马力，据称同时实现最高45%的燃油效率提升，并符合严格的尾气排放法规。
展望未来：EM65与扩张计划
EcoMotors还规划了EM100的小型衍生版本：EM65——一款75马力的双缸机型，比旗舰柴油型号更轻盈、更紧凑。与EM100不同，EM65计划采用汽油动力，从而拓展至更广泛的应用领域：
- 轻型卡车和厢式货车
- 乘用车
- 混合动力电动汽车
OPOC仍是一项发展中的技术，EcoMotors的诸多大胆声明尚待在实际工况下得到验证。尽管如此，其首席设计师在大众汽车（Volkswagen）磨砺二十年的资历，为这一项目赋予了充分的可信度。值得一提的是，霍夫鲍尔在OPOC上的工作与早期保时捷（Porsche）的工程理念不谋而合——而考虑到费迪南德·保时捷（Ferdinand Porsche）在创立大众品牌中所发挥的奠基性作用，这一历史呼应显得颇为贴切。
本文为译文，原文请见：https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html
出版 十月 21, 2021 • 3m
