内燃機関は空気を汚染します。内燃機関は、地球から貴重で再生不可能な資源を奪います。内燃機関には、米国と私たちが取引したくない国を経済的に結び付ける化石燃料が必要です。
そして、内燃機関はすぐになくなることはありません。
ああ、確かに、あなたは今、内燃機関に取って代わるべきすべての新しい技術、電気モーター、ハイブリッドパワートレイン、水素燃料セル、さらには圧縮空気で動く車のような技術について聞いたことがありますが、これらのどれもありません技術はまだ内燃機関から自動車産業を救う準備ができています。電気モーターはおそらく当面の最善策であり、現在市場には電気モーターを動力源として使用している車もありますが、充電に時間がかかり、走行距離が限られており、単純に燃料を補給することはできません。地元のサービスステーションで5分でアップ。その上、あなたは本当にイースト・ノーウェア、ミドルアメリカの真ん中で立ち往生したいですか？リチウムイオン電池アレイが死んでいて、それを充電する方法について最も霧深い考えを持っている人は誰もいませんか？トヨタプリウスの大成功が示すように、ハイブリッドパワートレインはすでにかなり実現可能ですが、それでも内燃エンジンが含まれているため、実際には問題を解決していません。彼らは、私たちが最終的にこの時代遅れのテクノロジーを取り除く必要がある日を延期するだけです。水素燃料電池車は、平均的な消費者が購入して運転できる車で利用できるようになると、本当に驚くべきものになります。これは、おお、今から約20年から30年後、最初の入れ歯のセットに投資する頃になるはずです。そして圧縮空気車？いつ道路に出る準備ができるかは誰にもわかりませんが、自転車のポンプを使って車に燃料を補給する前に、まだしばらくは良いでしょう。
これらの技術は重要です。シンクタンクと自動車メーカーは現在それらを研究しています。あなたの子供たちの子供たちが使用する交通手段は彼らに依存します。いつの日か、これらの技術の1つまたはすべてが、化石燃料への制御不能な依存から世界を解放するでしょう。しかし、それまでの間、私たちが本当に必要としているのは、今後数年以内に実際に実用化できるもの、つまりより優れた内燃機関です。
ここに良いニュースがあります：より良い内燃機関が道を進んでいます。そして、私たちがより良いと言うとき、私たちはより軽く、より燃料効率が良く、汚染が少ないことを意味します。まだ内燃機関を放牧できない場合は、公道を駆け回っている間は、少なくとももう少し丁寧に動作させることができます。
最もエキサイティングな新しいタイプの内燃エンジンの1つは、対向ピストン対向シリンダーエンジンです。これらの早口言葉をすべて覚えていない場合は、OPOCエンジンと呼ぶことができます。 （気分が悪くなることはありません。他の人もそう呼んでいます。）OPOCエンジンはそれほど新しいものではなく、アイデアはしばらく前からありましたが、Ecomotorという会社がついに準備が整ったOPOCの構築に真剣に取り組んでいます。水素燃料電池が国の怒りになるずっと前の消費者向け車両。そして、エコモーターズが近い将来ガソリンの使い方に革命を起こす可能性のある真剣な技術を提供している証拠として、ビル・ゲイツという名前の仲間がすでに会社に投資しています。はい、そのビルゲイツ、そしてマイクロソフトの共同創設者が最先端のテクノロジーの実用的な側面について何も知らないとは誰も言えません。
しかし、OPOCエンジンとは正確には何であり、私たち全員が好きで嫌いな内燃エンジンとどのように違うのでしょうか。その質問に答えるために、最初に標準的な自動車エンジンの復習コースを提供し、次にOPOCがほとんど同じことを行う方法を示しますが、少しだけ異なります。
車のエンジンには4つまたは6つのシリンダーが含まれている可能性があります。 （6つ以上のシリンダーがある場合は、実際のマッスルカーを運転していて、おそらく内燃エンジンを時代遅れにする何かをまだ探し回っていません。）エンジンシリンダーはまさにそのように聞こえます-aピストンと呼ばれる可動チューブを配置できるエンジンの円筒形の穴。そして、ガソリン、空気、スパークプラグと組み合わせると、そのピストンが、車をズームダウンさせる原動力を提供します。とにかく、それはストーリーの手っ取り早いバージョンです。
自動車の内燃機関のシリンダーは、ピストンの上部とシリンダーの上部の間の領域に保持されているガスが逃げられないようにキャップされています。ただし、各シリンダーの上部またはその近くには、機械的に開閉できる2つのバルブもあります。これらはそれぞれ、空気とガソリンをシリンダー（吸気バルブ）に入れ、エンジンの燃焼プロセスが完了した後にシリンダー（排気バルブ）から排気を放出するように設計されています。これらのバルブは、ピストンの動きに注意深くタイミングを合わせて開閉するため、新しい空気が流入する前に排気が放出されます。
車を動かすのはピストンの動きです。ピストンはシリンダー内できれいに上下にスライドします。これは、ピストンがそのように設計されているためです。ほとんどの車は4ストローク（またはオットーサイクル）エンジンを使用しており、ピストンの動きには4つの段階があります。最初の、吸気行程と呼ばれるものでは、吸気バルブが開き、ピストンが下に移動します。下向きに動くピストンによって生成された真空は、少量のガソリンとともに空気をシリンダーの上部に吸い込みます。混合物が下降ピストンによって残された利用可能なスペースを満たすと、吸気バルブが閉じ、ピストンが圧縮行程で再び上昇し、混合気を非常に多くの位置エネルギーが詰め込まれたタイトな塊に押し込み、爆発物と見なします。 。 （幸いなことに、混合物にはガソリンがほとんど含まれていないため、熱核兵器の品質の爆発物ではなく、桜の爆弾のようなものを話します。）次に、エンジンに実際にキックを与えるプロセスの一部があります。燃焼ストロークです。スパークプラグが点滅し、缶に入った爆竹のような潜在的なエネルギーに点火して、ピストンを再び押し下げます。最後に、排気行程で、排気バルブが開き、ピストンがシリンダーの上部に戻り、可燃性物質の爆発の役に立たないガス状の残留物を押し出します。排気バルブが閉じるとすぐに、プロセスが最初からやり直します。
ピストンが上下する間、クランクシャフトが回転します。クランクシャフトは、ピストンの上下運動を円運動に変換し、車のギアとホイールを回転させます。ほとんどの標準的なエンジン配置（かなりの数があります）では、シリンダーはペアになっているため、一方のストローク中の一方のピストンの下向きの動きがもう一方のストロークの上向きのストロークを作成します。少なくともガソリンがなくなるまで。これは完全な永久運動ではありませんが、考えてみると、そもそもピストンの運動がどのように始まったのかと疑問に思われるかもしれません。答えは、4ストロークサイクルは通常、電気スターターモーターからクランクシャフトへの短い回転エネルギーのバーストで始まりますが、幸運なドライバーが回転するために手動クランクを回さなければならなかったため、初期の車は立ち上がって走りました、はい、クランクシャフト。 （なぜ彼らがそれをそれと呼ぶのかあなたは知っています。）あなたはその時あなたが車を運転していなかったことをうれしく思いませんか？
この4ストロークサイクルは19世紀に発明されました。実際、そのバリエーションは蒸気エンジンにまでさかのぼります。さまざまなバリエーションがあります。半分のシリンダーを使用し、同じくらいのパワーを得ることができるかどうかを見てみましょう。
これまで説明してきた内燃機関では、ピストンは並列に作動し、各シリンダーは次のシリンダーに位置合わせされ、各シリンダーには個別のピストンがあります。しかし、1つのシリンダーに2つのピストンを突き刺し、それらが互いに向き合うようにそれらの動作を調整できるとしたらどうでしょうか。つまり、「反対側のシリンダー」という用語ですが、衝突しないでください。これらの各シリンダーはシリンダーの半分の長さしか占めないため、標準エンジンではシリンダーの半分の距離を移動するだけで済み、燃料を節約しながら、クランクシャフトに同じ回転効果を提供します。また、クランクシャフトはシリンダーの長軸に垂直にシリンダーの中心を通過できるため、両方のピストンが反対方向に移動するときにクランクシャフトを回転させることができます。また、排気廃棄物をシリンダーの中央に溜めることができるため、必要になる前に有害な排気ガスが逃げるのを防ぐために、シリンダーの端を塞ぐ必要がありません。
かっこいいじゃないですか。きっとそうなるでしょう！
これは、対向ピストン、対向シリンダー（OPOC）エンジンと呼ばれます。国防高等研究計画局（またはDARPA、これは初期のアプリケーションが軍事的である可能性が高いことを意味します）のためにエコモーターズによって考案されたOPOCエンジンでは、単気筒の2つのピストンが効果的にインターレースされ、それぞれが2つの部分に分割されますそして、反対方向に互いに内側に移動して圧縮ストロークを作成し、各ピストンの一方の部分の両端が互いに閉じて、他方の両端が離れて移動して空気を受け入れる間、それらの間の燃料空気混合物を圧縮する。吸気ストロークを作成するためのギャップ。これらの2つのストロークは同時に行われるため、ピストンの動作全体で前後に2回の動きしかなく、従来の4ストロークエンジンではなく2ストロークエンジンになります。そして、1つのシリンダー内のこれらの2つのピストンは、2つの通常のシリンダー内の2つのピストンの仕事を実行するため、通常1つのシリンダーで行われる仕事のみを行い、2つのシリンダーに相当する動きをクランクシャフトに適用します。これにより、OPOCエンジンに高い出力密度が与えられます。つまり、エンジン自体の質量に対する出力の比率が高くなります。
そして、EcomotorのOPOCエンジンを群衆から際立たせるものがここにあります：それはモジュール式です。 1気筒エンジン（通常のエンジン用語では実際には2気筒エンジン）から3気筒（6ストロークに相当）まで、スケーラブルなギア配置で結合された1つ、2つ、または3つを使用できます。エンジン）以降。エンジンをより大きく、より強力にするために、シリンダーを一緒に引っ掛け続けるだけです。また、OPOCエンジンは、標準の内燃エンジンよりも機械的にはるかに単純です。標準的な配置では、必要なときに吸気バルブと排気バルブが開いていることを確認するために、複雑で正確なタイミングの一連のリンケージが必要です。つまり、エンジンの可動部品の数は非常に少ないということです。例えば、従来の内燃機関では、吸気弁と排気弁のタイミングを調整して、必要なときにだけ開き、同時に開かないようにするための複雑なメカニズムが必要です。しかし、OPOCエンジンでは、これらの「バルブ」はシリンダーの側面にある単なる穴であり、ピストン自体のスライドによって覆われ、覆われていないため、ピストンを開閉するための複雑なメカニズムが不要になります。エコモーターズは、エンジンの可動部品の数が385から62に減ったと推定しています。これは、修理が必要で故障する可能性のある部品がはるかに少ないことを意味します。
結果として、OPOCエンジンはより単純であり、したがって故障する可能性が低くなります。また、効率が高く、動作中のエネルギー損失が少なく、1つだけで2つのピストンの働きをするため、ガスの一部だけで標準の内燃エンジンよりもはるかに多くの出力を生成できます。これは未来のエンジンですか？多分。少なくともその核燃料電池が登場するまでは。
私は、車のボンネットの下で頭を抱えてエンジンを分解し、それができるかどうかを確認するために再び組み立てた人ではありません。コンピューターのキーボードで私を見つけたり、BASICやCのような言語でプログラミングしたり、制御された核融合エネルギーが将来のエネルギー源である理由についての本を書いたりする可能性があります。 （私はまだそれを待っています。）しかし、私が車について書き始めたとき、私が最先端にある自動車技術、非常に進んだ車に電力を供給し、使用する方法について書くことに引き寄せられるのは自然なことでした。 、あなたは彼らがブレードランナーやマイノリティリポートのような映画からまっすぐに追い出されたかもしれないと思うでしょう。あなたのことはわかりませんが、新しい、エキサイティングなこと、そして人々（この場合は自動車エンジニア）がこれまでにやったことのない方法で物事を行うことを学ぶと、背骨が上下に震えるように感じます。
対向ピストン対向シリンダー（OPOC）エンジンは、たとえば、空飛ぶ車や、タイムトラベルを支援するフラックスコンデンサーを備えた1981年のDeLoreansのように最先端に聞こえない場合がありますが、この記事の調査を終える頃には、それらがあらゆる点であることに気づきました。エキサイティングなように。 （まあ、そのフラックスコンデンサーのものほどエキサイティングではないかもしれません。）OPOCエンジンは、内燃エンジンが常に行われている方法が唯一の方法であることを受け入れようとはしなかった優秀なエンジニアによる多くの独創的な考えの産物です。それらができること。はい、OPOCは長い間存在していました-OPOCエンジンの初期のプロトタイプは19世紀にさかのぼります-しかし、自動車エンジニアは、軍の最先端の研究部門であるDARPA（国防高等研究計画）の助けを借りてエージェンシー）、ようやく太陽の下で彼らの瞬間を迎えており、私ほど興奮している人はいないでしょう。