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星型エンジン (28821 views - Mechanical Engineering)

星型エンジン(ほしがたエンジン)とは、シリンダーを放射状に配列したレシプロエンジン。20世紀半ばまで航空発動機はガソリンエンジンが中心で、その中で空冷星型の気筒配列が最も多く採用された。
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星型エンジン

星型エンジン

星型エンジン(ほしがたエンジン)とは、シリンダーを放射状に配列したレシプロエンジン20世紀半ばまで航空発動機ガソリンエンジンが中心で、その中で空冷星型の気筒配列が最も多く採用された。

構造

クランクシャフトを中心にしてシリンダーが放射状に並べられる。英語では文字通り「Radial engine」(放射状エンジン) と呼ばれる。他の言語では、ドイツ語のSternmotor(Stern=星)やフランス語のMoteur en étoile(Étoile=星)などは、日本語と同じように星になぞらえている。ひとつひとつのシリンダーは独立している。コネクティングロッドはマスターロッドとサブロッドを用いる方式を使う。ひとつのピストンがマスターロッドを介してクランクピンに繋げられ、他のシリンダーはサブロッドでマスターロッドを介して繋げられる。回転に伴いマスターロッドのサブロッド取り付け部が偏心運動する事でサブロッドはクランクピンを通る角度からずれるのでピストン位置がずれる。そのずれを補正するためにサブロッドのシリンダーは点火時期(点火位置)をずらすことが一般的である。マスターロッドのピストンには、そのようなずれは生じない[1]。列あたりのシリンダーの数は4ストロークエンジンの場合、点火順序をひとつおきとすると爆発(燃焼)間隔が等間隔となるため、奇数気筒が基本である。気筒数が偶数であるものは奇数気筒の列を偶数列重ね合わせた(二重または四重)エンジンである。ただし、偶数気筒の列を持つ星型エンジンも試作されたことがある(ブリストル飛行機ブリストル・ヒドラ英語版)。ポペットバルブの駆動方式はほとんどがOHV方式であり、OHCのものも開発されたが主流にはならなかった。

エンジンの中心部に部品が集中している構造上モーターカノンは搭載できないため、単発機の機銃は機軸から離れた位置に設置する必要がある。

特徴

短いクランクシャフト
一重の星型エンジンではクランクシャフトが単気筒エンジンと同じ長さになり、エンジン製造技術の低い20世紀初頭では、クランクシャフトが長大になり剛性の確保が難しい直列エンジンV型エンジンよりも製造が容易であった。また、全体的に見ても軽くて頑丈に仕上がる。
冷却方式
各シリンダーが前面にさらされるために冷却風が当たりやすく、ほとんどが空冷で済ますことができた。例外的に水冷のものも存在した。
反面、断面積が大きいため、速度が増せば増すほどプロペラ後流が冷却に浪費されると言う欠点が有った(この欠点はカウルにより軽減することができる)[2]
また、推進用のプロペラとは別に、小型の強制冷却ファンを用いる方法もある。
多気筒化
死点を生じないよう、ほぼすべての星型エンジンが奇数気筒であり、多くは7、9気筒を採用した。さらなる多気筒化の場合、それらを直列につなぎ合わせた、二重、三重、四重星型とされた。後列のシリンダーを空冷するため、その前の列のシリンダーの間に位置する。3列以上の多重星型では、小型高出力を追求するあまり、冷却の均等性や整備性が犠牲になった例もみられた。
板カム(OHVのみ)
放射状シリンダーの為、給排気の弁を作動させるプッシュロッドも放射状に並ぶ。従って多くの場合カムシャフトは用いられず、カムはクランクケース外周に沿った大きな円板である。
スムーズな回転
全方位に対して対称な形状のため、理論上、慣性力については実用上ほぼ完全な均衡が得られる。同時に、クランクシャフトへの負担も小さくなる。ただし重力(もしくはG)の関係上、キャブレター方式では、全ての気筒に均等に混合気を配することは比較的困難である[3]


具体例

代表的な星型空冷エンジンを以下に挙げる。

その他は航空用エンジンの一覧を参照

歴史

イタリア王国イタリア陸軍の将軍ジュリオ・ドゥーエは将校時代にトリノ工科大学で電気工学を専攻、軍用星型エンジンを研究し評価された。実際に航空機用に星型エンジンを最初開発・製造したのは、アメリカサミュエル・ラングレーとその助手であるチャールズ・マンリーであった。マンリーが1901年に制作したマンリー・バルザーエンジンは5気筒で52馬力を出し、ライト兄弟フライヤー1に搭載したエンジン(12馬力)よりも性能がよかった。しかし、このエンジンを搭載した実験機エアロドロームは1903年に行った2度にわたるテスト飛行に失敗、その成果をあげることはできなかった。

脚注

  1. ^ 鈴木 孝「古今東西エンジン図鑑」フランプリ出版、2017年1月25日初版発行、90頁
  2. ^ 『航空発動機』p.491
  3. ^ 『航空発動機』p.350、p.360

参考文献

  • 富塚清編 『航空発動機』1943年12月15日、共立出版株式会社(初版。出典として用いたものは1944年の第3版。原題は旧字体で『航空發動機』)。

関連項目



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Mechanical Engineering

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