複動式機関

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複動式蒸気機関

複動式機関(ふくどうしききかん)は、レシプロエンジンの一形式でシリンダーの上部と下部に内燃機関の場合は燃焼室を備え、蒸気機関の場合は膨張室を備える。片側が膨張する時に片方は圧縮または掃気される。これは主に船舶蒸気機関車等の蒸気機関(外燃機関)で使用される。ディーゼル機関のような内燃機関でも一部で使用されたが一般的ではない。

大半のレシプロ式内燃機関ではピストンの片方のみを押す単動式である。

シリンダー内の2個のピストンが燃焼室を共有する対向ピストン機関と一部は似ている。

蒸気機関[編集]

蒸気機関は通常は複動式だが、初期の大気圧機関ビームエンジンでは単動式だった。それらはしばしばそれらの力を梁を介して伝達する場合、戻るように一方向に力をかける必要があった。

これらは鉱山で揚水等に使用され、1方向のみで使用されたので単動式の設計は長年にわたり使用された。ジェームズ・ワットが出力軸から回転力を取り出せるように回転式ビームエンジンの開発を試みた時に複動式が検討された。[1] 単気筒のエンジンで複動式は円滑な出力が得られる。高圧機関[note 1]としてリチャード・トレビシックによって開発された蒸気機関は複動式で後年の大半の蒸気機関に継承された。

後年のいくつかの高速蒸気機関は新設計の単動式だった。クロスヘッドはピストンの一部になり [note 2]もはやピストンロッドは備えない。これは内燃機関でピストンロッドと機密を避ける事でより効率的なクランクケース潤滑を企図した理由と似ている。[2]

小型の機種と玩具では単動式が上述の理由により採用されるが同様に製造経費を低減する企図もある。

内燃機関[編集]

典型的な近代的な自動車用ディーゼル機関

蒸気機関とは対照的にほぼ全部の内燃機関は単動式である。

それらのピストンは一般的にトランク ピストンでピストン自体と連接棒がピンで直接連結される。これによりクロスヘッド、ピストンロッドと機密を維持する機構が不要になるが同様にそれは単動式ピストンの本質の大半である。これにより回転時にピストンの底部を同様に冷却機能も重要な潤滑油に容易に接近できる。これによりピストンとピストンリングの局所的な過熱を避けられる。

クランクケース圧縮式2ストローク機関[編集]

自動二輪用のような小型のガソリン式2サイクルエンジンでは分離された過給機や掃気用送風機を備えるよりもクランクケース内圧縮を採用する。これは両側のピストンを作動面として使用してピストンの下方の面を次の行程のために吸気を圧縮する目的で使用する。片側の面のみが力を生み出すのでピストンは単動式として考えられる。

複動式内燃機関[編集]

Körting 複動式ガス機関

1860年頃のルノアールの原型のエンジンのようないくつかの初期のガス機関は複動式で定置式蒸気機関の設計を取り入れられた。

内燃機関は間もなく単動式に切り替えられた。これは2つの理由からである。:高速蒸気機関では両側に大きな力がかかり、連接棒は大きくなるので軸受も大きくなる。単動式ピストンでは力の方向は一方向で軸受けの間隔を狭める事が出来る。[3] 2番目に良いガスの流れを得るために大きな弁面積の必要である一方で圧縮比を高めるためにはシリンダーヘッド内の空間は独占して燃焼室の容積は小さくする必要がある。ルノワールの蒸気機関から派生したシリンダーはガソリンエンジンには不適当だったのでポペットバルブの装備を基にした単動式のトランク ピストンが新設計された。

高炉のための送風用エンジン英語版として製造された超大型のガスエンジンは1本か2本の大型シリンダーを備え、高炉ガスを燃焼する。これらの一部は複動式のKörting製である。ガスエンジンはガソリンやディーゼルエンジンと比較して少しの圧縮、または圧縮を必要としないので狭く複雑な経路にもかかわらず、複動式の設計の採用は適切だった。

複動式シリンダーは内燃機関では廃れたものの、バーマイスター&ウェイン英語版は1930年以前に2ストローク複動式(2-SCDA)ディーゼルエンジンを船舶用に生産した。最初は1929年にイギリスのMV Amerika (United Baltic Co.)に7,000 hpの機関が備えられた。[4][5] 1937年にそれぞれの出力が24,000 hpの2基のB&W SCDAエンジンがMV Stirling Castle英語版に備えられた。 同社の複動式ディーゼル機関は氷川丸でも使用された。

脚注[編集]

注釈[編集]

  1. ^ 現在の基準では圧力がおよそ30 psi (2 bar)では低圧に属するがワットのエンジンと比較した場合でのみ高圧である。
  2. ^ このトランク ピストン英語版は現在の内燃機関と似ている

出典[編集]

  1. ^ Hills, Richard L. (1989). Power from Steam. ケンブリッジ大学出版. p. 63,66. ISBN 0-521-45834-X. http://books.google.com/?id=t6TLOQBhd0YC. 
  2. ^ 高速化に伴う慣性質量の低減も企図したと考えられる。
  3. ^ Hawkins, Nehemiah (1897). New Catechism of the Steam Engine. New York: Theo Audel. pp. 110–113. 
  4. ^ Smith, Edgar C. (2013) [1938]. A Short History of Naval and Marine Engineering. Cambridge University Press. pp. 334–6. ISBN 9781107672932. http://books.google.co.uk/books?id=zfvXAAAAQBAJ&pg=PA334. 
  5. ^ "Amazing Airplane Motor Doubles The Power", Popular Mechanics, September 1932 cutaway drawing of double action aircraft engine

関連項目[編集]