水平対向12気筒

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日野DS140型エンジン。日野RA900Pに搭載された。(旧・交通博物館所蔵品、現在は鉄道博物館にて展示)

水平対向12気筒(すいへいたいこうじゅうにきとう)はレシプロエンジン等のシリンダー配列形式の一つで、12個のシリンダーが6個ずつ水平に対向して配置されている形式である。当記事では専らピストン内燃機関のそれについて述べる。

世界的には180°V型エンジンも含めてフラット12(Flat-Twelve)と呼ばれ、F12と略されることもあるが、狭義の水平対向12気筒はボクサー12(Boxer-12)と呼ばれ、これはB12と略される場合もある。(詳細は後述)

概要[編集]

水平対向12気筒はV型12気筒よりも幅が広く、全高をかなり低く製造出来る。そのため、180°以外のV型12気筒よりもエンジンの重心はかなり低くなるが、実際にはエキゾーストマニホールドを始めとする排気系統をエンジン下側に配置することが多く、これにより搭載位置が高められてしまい、必ずしも低重心であることが生かせないのが実情である。自動車では180°以外のV型12気筒は後輪駆動車のうちFR若しくはミッドシップレイアウトを持つ車両で用いられるが、水平対向12気筒はエンジン幅の広さと排気系統のスペースの制約が大きいため、ほぼ全てがミッドシップレイアウトの車両のみでしか用いられない。しかもエンジンの振動に関しては、V型エンジンでも片バンクの6気筒のみで一次振動・二次振動・偶力振動とも釣り合わせられ、ボクサーエンジンであってもV型12気筒に比較して明確な利点がある訳ではないため、一般市販車両ではほとんどフラット12気筒エンジンが用いられる事はない。

同様のシリンダー配置でも、クランクシャフトの位相によりフラットエンジンは2種類に分類される。狭義の水平対向エンジンは対向シリンダー間で180°のクランクピン位相角を持ち、2組のピストンとコンロッドの軸対称的な動作でお互いに振動を打ち消しあうものであり、ボクサーエンジンとも呼ばれる。これに対し対向シリンダー間でクランクピンを共有し、2組のピストンがほぼ一定の間隔を保ったまま動作するものは180°V型エンジンと呼ばれ、これは広義の水平対向エンジンに含まれることもある。両者のうち12気筒エンジンでは他の気筒数に比べ180°V型が多い。180°V型エンジンでは対向シリンダーで振動は打ち消せないが、前述のとおり12気筒エンジンであれば振動の問題はほぼ無い。なお180°V型12気筒とボクサー型12気筒とはクランクシャフトが最大の相違点であり、外見から区別する事は殆ど不可能である。

レース用エンジン[編集]

水平対向12気筒は主にF1耐久レースの参加車両に用いられていたが、1970年代後半にシャーシ底面の地面効果によりダウンフォースを得る設計のウイングカー(グランド・エフェクトカー)が登場すると、シャーシ底面の多大なスペースを必要とし、地面効果の気流を妨げる水平対向12気筒は時代遅れと見なされるようになり、レースの世界からも姿を消していくようになった。

F1で水平対向12気筒が活躍したのは1960年代中盤で、フェラーリは1.5L規定の最後の時代である1964年から1965年に掛けて、フェラーリ・1512F1に水平対向12気筒を使用したが、1966年にF1の排気量が最大3Lに拡大されると新マシンのフェラーリ・312にはより古典的なV型12気筒を採用した。

グッドウッド・フェスティバル・オブ・スピード2009に出走したポルシェ・917のエンジン音

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1969年にポルシェが耐久レースに投入したポルシェ・917空冷水平対向12気筒を搭載していた。このエンジンはポルシェ・908で用いられた水平対向8気筒エンジンの発展型であるが、クランクシャフトは908エンジンの水平対向型ではなくV型12気筒と同じ形式のものが用いられた。

このエンジンとポルシェ・917は当時の耐久レースで大きく活躍し、後のフェラーリのF1エンジン開発にも影響を及ぼす事になった。当時、フェラーリが耐久レースに投入していたV型12気筒のフェラーリ・512は最後までポルシェ・917に苦戦を強いられ続けたからである。1970年、フェラーリはF1に水冷3L水平対向12気筒エンジンを搭載したフェラーリ・312Bを投入。1980年のフェラーリ・312T5まで約10年間、水平対向12気筒でF1世界選手権を戦い抜く事になった。

フェラーリの水冷3L水平対向12気筒は何度も選手権を制する成功作となり、後にアルファ・ロメオも鬼才カルロ・キティ率いるアウトデルタの設計で1973年にグループ6にアルファ・ロメオ・ティーポ33/TT12を投入。1976年にはアルファ・ロメオ・33SC12を送り出し、このエンジンをブラバムに供給する形でF1復帰を果たす事になる。しかし、同時期の1972年に同じイタリアテクノが投入した水平対向12気筒は全くの失敗作に終わり、テクノは僅か2年でF1から撤退する事になった。フェラーリは後に4.4-5.0Lの排気量で180度V型クランクシャフトを持つ水平対向12気筒を、フェラーリ・365GT4BBフェラーリ・テスタロッサに搭載して市販した。

アウトデルタでアルファ・ロメオの水平対向12気筒エンジン開発に携わったカルロ・キティは、後にモトーリ・モデルニを設立。水平対向エンジンを自社のアイデンティティとしていたスバルをパトロンに迎え、1988年に3.5L水平対向12気筒DOHC60バルブエンジンのSUBARU-M.M.を共同開発。1990年のF1世界選手権にイタリアのコローニに供給する形でスバル・コローニとして正式参戦を果たすが、既に参戦当時には他メーカーのエンジンに比べて性能不足の様相を呈しており、参戦した6戦全て予備予選落ちという悲惨な結果となってしまった。同年、このエンジンはグループCカー(アルバAR20)にも搭載され、世界スポーツプロトタイプカー耐久選手権(WSPC)に参戦したが、成績不振から5戦を走っただけでシーズン途中に姿を消した。SUBARU-M.M.は童夢が開発していた国産スーパーカージオット・キャスピタに搭載され市販される計画もあったが、スバルのF1参戦計画が余りにも早期に頓挫した事でこの計画も幻のまま終わった。カルロ・キティは1994年に死去したが、死から5年が経った1999年、スウェーデンのスーパーカーメーカーであるケーニッグゼグが、キティが生前に残したF1向け4.0L水平対向12気筒エンジンの青図と工作機械、及びパテントをキティの遺族より買い取り、このエンジンを組み立てて自社のスーパーカーであるケーニグセグ・CCのスペシャルバージョン「B12S」に搭載した。これがキティが設計した水平対向12気筒が搭載された最後の車両となった。

1990年代前半、メルセデス・ベンツは自然吸気3.5Lに統一されるグループCレースに投入する目的でM291エンジンを開発、C291に搭載したが、このM291エンジンは非常に独特であり、3気筒分のシリンダーヘッドシリンダーブロックが一体化された「モノブロック」を4つ組み合わせて12気筒とし、クランクシャフトの中間からギアで出力を取り出すセンターアウトプット構造となっていた。シリンダーヘッドのデザインも通常の水平対向エンジンと異なり、エンジン上方に排気ポートを配置し、吸気ポートはヘッド中央のスパークプラグ付近に設けるトップフィードと呼ばれる特殊なものであった。これによりエンジン両側から吸気しエンジン上方に排気する事が可能となり、C291ではコクピットから後のボディ下面を平らで大きなディフューザーとし、ダウンフォースを稼ぐことと低重心化の両立を図る事が出来た。しかし、この極めて複雑な構造が災いして性能や耐久性が安定せず、公称12,500rpmで600馬力を発生するこのエンジンは「金曜は600馬力、土曜は500馬力、日曜は400馬力」などと揶揄される事となった。後に幾度かの改良を行い問題の多くが解決に向かって、C291が1勝を上げることはできたが、その頃にはFIAACOはレギュレーションの変更を行った為に、同エンジンを搭載する後継のC292がレースを走ることはなく、結局このエンジンは成功することなく終わってしまった。

その他[編集]

キハ183系用DML30HSI形 (440PS/1600rpm)

レースエンジン以外では日本の高速路線バスにおいて採用例があり、日野自動車においてRA100に採用されたDS120型やRA900Pに採用されたDS140型が水平対向12気筒ディーゼルエンジンである。鉄道車両では日本国有鉄道DML30系エンジンに水平対向(180°V型)12気筒レイアウトが採用されており、この両者が自動車レース以外での水平対向12気筒の代表的な成功例である。

軍用車両においては、第二次世界大戦中にイギリスヘンリー・メドウスカヴェナンター巡航戦車に水平対向12気筒ガソリンエンジンを搭載しているが、搭載スペースに余裕が無かったため、後部に搭載されたエンジンに対してラジエターと冷却用吸気口が車体前部に搭載されるという特異なレイアウトとなり、後に冷却不足(及び操縦室内の深刻な熱害)という問題を引き起こしてしまうこととなった。結局カヴェナンター巡航戦車はごく少数が北アフリカに送られたものの実戦には参加せず、もっぱら国内で訓練用として用いられたのみであった。

関連項目[編集]