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内燃機関超基礎講座 | 世界のトンデモ連結エンジン——W型の源流、UにH、Xまで

  • 2021/02/02
  • Motor Fan illustrated編集部
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ドイツ流エンジンのなかでもユニークなフォルクスワーゲン・グループのW型エンジン。無論、W型のシリンダー・レイアウトは同グループのオリジナルというわけではない。ここではその発想の源流を探ってみよう。
ILLUSTRATION:熊谷敏直

「ユニーク」と位置付けられている、向かい合う狭角V型のシリンダー列をさらにV型に配置した形のフォルクスワーゲン・グループのW型エンジンだが、その「思想」の源流をたどれば、決して特殊なものではないことが理解できる。

ガソリン、ディーゼルを問わず、今まで世の中に登場してきたエンジンのシリンダー列配置を見てみると、W型は言うに及ばず、U型、H型、Y型、X型、果ては5列扇型、逆Δ(デルタ)型とでも言うべきものまであり、それらはちゃんと実用化されてきているのだ。このようなシリンダー列配置は主に20世紀中盤あたり(特に1920~30年代が顕著)までの航空機や船舶、機関車、戦車用エンジンとしての使用が知られるが、当然、自動車(二輪車も含む)への搭載の試みもあった。

では、なぜこのようなシリンダー列配置が試みられてきたのか? 「今さら」な感はあるが、エンジンの総排気量は「(ボア(内径)×1/2)2×π(円周率)×ストローク(行程)×シリンダー(気筒)数」で算出される。一般に排気量が大きいほど出力もトルクも上がる。従って「強力なエンジン」を手っ取り早く作ろうとすれば、既存エンジンのボアやストローク、シリンダー数を増して排気量を上げてやればよい。理屈では簡単だが、ここに「工作精度」と「材料強度」という問題が登場してくる。

たとえば、ある直列エンジンをベースとして「強力なエンジン」を仕立て上げようと考えた場合、ボアやストロークを増やしてやるには、ある程度の精度を持った工作技術があることが前提となる。またシリンダーブロックが同じだからその増量にも物理的限界がある。ではシリンダー数を増やしてやる方はと言えば、増やした分だけ長くしたシリンダーブロックとクランクシャフトを新造する必要がある。

U型

2基の直列エンジンをギヤやチェーンなどで並列に連結した、連結エンジンの基本形式。「ツインバンク」「ダブルバンク」とも呼ばれ、V型の一種とされることもあるが、それぞれのエンジンは別個のもの。無論、重量はV型よりも重くなり、2基の出力を合成する過程で損失が発生するため、その出力も単純に1+1=2ではない。

1963年にスズキがマン島TTに投入した250ccマシン、RZ63は125ccのパラレルツインを前後に配した構成のU型で、52ps/12500rpm、リッターあたり200ps以上の出力を誇ったが、結果は芳しいものではなかった。V型と異なりバンク角の制約がないため、戦車用に5基の直列6気筒を扇状に配したクライスラーの30気筒というものもあった。

W型 4バンク

2基のV型エンジンをギヤやチェーンなどで並列に連結した形式。フォルクスワーゲン・グループのW型がこれに相当。長さは短くできるが、まずは狭角V型を成立させねば、通常の市販車で想定されるエンジンルーム寸法内におさめられない。

ヤマハのWGPマシン、YZR500に1982年に搭載されたV型4気筒のOW61は、この形式に分類することもできる。航空機用ではダイムラーベンツが第二次大戦中にDB601倒立V型12気筒を2基連結したDB606、同じくDB605を用いたDB610といった24気筒を製造、爆撃機で使用しているが、2基の同調や冷却問題が解決できず、稼働率は恐ろしく低かった。

W型 3バンク

V型エンジンに1列足したような形式でクランクシャフトは1本。「真のW型」とも呼ばれる。1906年にアンザーニが作ったオートバイ用3気筒が最初だと言われる。この形式はフォルクスワーゲン・グループでも研究しており、試作18気筒エンジンがブガッティのコンセプトカーEB118やEB218に搭載された。また、1990年にはフランコ・ロッキ製作の12気筒がライフのF1マシンに搭載されている。

フォルクスワーゲン・グループやライフF1チームでは、中央バンクの排気熱が両端のバンクに干渉するという問題が報告されており、どちらもこの形式には早々に見切りをつけてしまった。

VW/BUGATTIのW16型エンジンのシリンダーブロック(PHOTO:山上博也)

特に「長いクランクシャフト」は剛性確保のため、高度な工作技術だけでなく相応の強度をもつ材料が入手できることも前提だ。そこで「既存エンジンを複数基用意し、それらの出力軸をアイドラー(中間)ギヤで連結、各々の出力を合成してしまえ」という、いささか乱暴な解決策(?)が登場する。この「“連結エンジン”の思想」こそが、突拍子もなく見えるシリンダー列配置の源流なのである。

今でこそコンベンショナルな形式と認知されているV型も、この思想に照らし合わせれば「直列エンジンを2基連結したU型」と根は同じことが理解できよう。つまり2基のエンジンで1本のクランクシャフトを共用するのがV型、個々のエンジンの出力をギヤ等で合成するのがU型というわけだ。

もうおわかりと思うが、この「“連結エンジン”の思想」が生まれてきた背景の大きな部分は、材料工学と工作精度の未成熟にある。だから双方が格段に進歩を遂げた現代では、これらのエンジンはほとんど死滅してしまったのだ。また、エンジンそのものの研究が進歩したため、わざわざ複数基のエンジンを連結しなくても、必要とされる出力を得られるようになったことも大きい。

しかし依然として、このようなエンジンが注目されるケースがある。「なるべく小さなエンジンルームに、より大出力のエンジンをおさめたい」という「出力対空間効率(スペース・パフォーマンス)」が求められる場合で、これが顕著なのは、レースや軍事といった「なりふり構わぬ出力向上策」が常識的な手法として認められている“戦い”の世界だ。そう考えると、フォルクスワーゲン・グループのW型エンジンとは「レーシングエンジンの思想に則ったコンベンショナルなエンジン」であると言うことができるかもしれない。

H型

2基の水平もしくは垂直対向、または180度(もしくはバンク角が極端に広い)V型エンジンをギヤやチェーンなどで並列に連結した形式。考え方としてはU型と同様で、エンジンの長さは短くできるものの、損失や出力/重量比の悪化などの欠点もほぼ同じ。

F1GPのエンジン規定が1.5ℓから3.0ℓに変更になった1966年、BRMチームが1.5ℓの180度V型8気筒を2基連結したH型16気筒を製作(1.5ℓ+1.5ℓ=3.0ℓの発想)して参戦したが、重量が過大で信頼性に欠け、ドライバーのジャッキー・スチュアートから「こんなエンジンは船の錨にでもした方がいい」と酷評された。

イギリスのデ・ハビランド「ジプシー・メジャー」(産業技術高専・蔵)
ブラックバーン「シーラスメジャー」のカットモデル。(産業技術高専・蔵)

エンジン形式ではないが、航空機用には「倒立エンジン」がよく使用された。これはパイロットの前下方視界を確保することと、プロペラの軸線を下げるのが主な目的。当然、潤滑は大変になる。

X型 2軸混合式

2基のV型エンジンをギヤやチェーンなどで上下もしくは左右にクランクケース底部あわせで連結した形式。考え方としては4バンクのW型と同じ。航空機用としては存在するが、今のところ自動車用としての明確なトライはないようだ。

もっとも180度V型エンジンを2基連結した形式をH型に分類しなければ、こちらの形式に分類されることになる。また仮に自動車用として考えれば、H型のようにバンク角の広いエンジンを結合したのでなければ、「いったいどうやって搭載するか?」が最大の問題になるわけで、あえてこの形式を選択するメリットはないだろう。

X型 1軸式

3バンクW型の変形とも言え、2基のV型エンジンで1本のクランクシャフトを回すような形式。これもまた航空機用としていくつか存在するほか、1920年代にフォードがX型8気筒を試作し、実用化に向けてテストをしていた。

その形からよく空冷星型に間違えられることがあるが、両者は原理・機構的にまったくの別物。スペース短縮というメリットと信頼性を考えれば、まだ少しはモノになりそうだが、いずれにしても3バンクW型同様に排気系の取り回しや冷却問題に悩まされることになったはずだ。ホンダが1960年代にF1マシン用として検討していたという噂もあるが定かではない。

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