ヒットアンドミスエンジン
保存されたヒットアンドミスエンジン：1917年製アマンコ2+1 ⁄ 4  hp (1.7 kW)「雇われ男」

ヒット・アンド・ミスエンジン、またはヒット・アンド・ミスは、調速機によって設定された速度でのみ点火するように制御される定置型内燃機関の一種です。通常は4ストロークですが、2ストローク版も製造されていました。19世紀後半に考案され、1890年代から1940年代頃にかけて様々な企業によって製造されました。この名称は、これらのエンジンの速度制御に由来しています。設定速度以下で運転している場合にのみ点火（「ヒット」）し、設定速度を超えると点火せずにサイクルを続けます（「ミス」）。これは、「スロットル制御」による速度制御方式と比較されます。エンジンが無負荷で運転されているときに発生する独特の音は、「ポンポン、シューッ、シューッ、シューッ、シューッ、ポンポン」という音で、エンジンが点火した後、速度が低下するまで惰性運転し、その後平均速度を維持するために再び点火します。こうしたエンジンの多くで使用されている 大気吸入バルブによって、このノイズが発生します。

多くのエンジンメーカーは、1910年頃から1930年代初頭にかけてのピーク時に、当たり外れのあるエンジンを製造していました。その後、より近代的な設計のエンジンが市場に登場し始めました。大手エンジンメーカーには、ストーバー、ハーキュリーズ、インターナショナル・ハーベスター（マコーミック・ディーリング）、ジョン・ディア（ウォータールー・エンジン・ワークス）、メイタグ、フェアバンクス・モースなどが挙げられます。

カナダの大西洋岸諸州、特にニューファンドランドでは、これらのエンジンは口語的に「メイク・アンド・ブレイク」エンジンと呼ばれていました。ここでは主に、伝統的なスキフ型の多用途船や漁船の 駆動に使用されていました。

工事

これはミネソタ州ローラグで開催されたウェスタン・ミネソタ・スチーム・スレッシャーズ・リユニオン（WMSTR ）で稼働中のオットー機関車のモンタージュビデオです。これはヒット・アンド・ミス機関車の一種です。

ヒットアンドミスエンジンはフライホイールエンジンの一種である。[ 1 ]フライホイールエンジンは、クランクシャフトに接続された大型のフライホイールまたはフライホイールセットを備えたエンジンである。フライホイールは、駆動機械力を生成しないエンジンサイクル中にエンジン速度を維持する。フライホイールは燃焼行程でエネルギーを蓄え、ピストンの他の3行程で機械的負荷に蓄えたエネルギーを供給する。これらのエンジンが設計された当時は技術がそれほど進んでおらず、メーカーはすべての部品を非常に大型にしていた。典型的な6馬力（4.5kW）のエンジンの重量は約1,000ポンド（450kg）である。通常、すべての主要エンジン部品の材料は鋳鉄であった。小さな機能部品は鋼鉄で作られ、許容誤差に合わせて機械加工された。[ 1 ]

ヒットアンドミスエンジンの燃料系統は、燃料タンク、燃料ライン、チェックバルブ、燃料ミキサーで構成されています。燃料タンクには通常ガソリンが入っていますが、多くのユーザーはガソリンでエンジンを始動し、その後、灯油や軽油などのより安価な燃料に切り替えています。燃料ラインは燃料タンクとミキサーを接続します。燃料ラインにはチェックバルブが設置されており、燃焼行程と燃焼行程の間に燃料がタンクに逆流するのを防ぎます。ミキサーは、重り付きまたはバネ仕掛けのピストンに取り付けられたニードルバルブと、通常はオイルダンピングされたダッシュポットによって、適切な混合気を作り出します。

ミキサーの動作は単純で、可動部品はニードルバルブのみで構成されています。例外はありますが、ミキサーは燃料をボウルに貯めるような構造ではありません。燃料はミキサーに供給されるだけで、ベルヌーイの原理により、ニードルバルブの作用で加重ピストンの下に形成されるベンチュリー管内で燃料が自動的に計量されます。この方式は、SUキャブレターでも今日まで採用されています。

燃料混合気に点火するための火花は、スパークプラグまたはイグナイターと呼ばれる装置によって発生します。スパークプラグを使用する場合、火花はマグネトーまたはトレブラーコイル（または「バズ」コイル）によって生成されます。バズコイルはバッテリー電源を使用して、スパークプラグに供給される一連の高電圧パルスを生成します。イグナイター点火には、バッテリーとコイル、または「低圧」マグネトーが使用されます。バッテリーとコイルによる点火では、バッテリーはワイヤコイルとイグナイターの接点に直列に接続されます。イグナイターの接点が閉じているとき（接点は燃焼室内にあります）、回路に電気が流れます。タイミング機構によって接点が開かれると、接点間に火花が発生し、混合気に点火します。低圧マグネトー（実際には低電圧高電流発電機）を使用すると、マグネトーの出力が点火ポイントに直接供給され、バッテリーとコイルと同様に火花が生成されます。

非常に大型の車両を除き、潤滑はほぼ常に手動で行われていました。メインクランクシャフトベアリングとクランクシャフトのコネクティングロッドベアリングには、通常、グリースカップ（グリースが入った小さな容器とねじ込み式の蓋）が付いています。

典型的なエンジンオイル供給装置。これはルンケンハイマー社製のものだ。

カバーをしっかりと締めると、グリースがカップの底から押し出され、ベアリングに流れ込みます。初期のエンジンの中には、ベアリングの鋳造キャップに穴が開いているものもあり、エンジン運転中にオペレーターがそこから潤滑油を噴射していました。ピストンは、ドリップオイラーによって継続的にオイルをピストンに滴下することで潤滑されます。ピストンから出た余分なオイルはシリンダーからエンジンに流れ込み、最終的には地面に落ちます。ドリップオイラーは、エンジンの負荷によって決まる潤滑の必要性に応じて、滴下速度を調整できます。その他のエンジン可動部品はすべて、エンジン運転中にオペレーターが定期的にオイルを塗布することで潤滑されていました。

事実上すべてのヒットアンドミスエンジンは「オープンクランク」方式、つまり密閉されたクランクケースを備えていません。クランクシャフト、コネクティングロッド、カムシャフト、ギア、調速機などはすべて完全に露出しており、エンジン作動中は作動状態を見ることができます。そのため、エンジンからオイルやグリースが飛び散り、地面に流れ落ちるため、作業環境が汚くなります。また、エンジンの可動部品に汚れや埃が付着し、過度の摩耗や故障を引き起こすという欠点もあります。そのため、エンジンを良好な状態に保つには、頻繁な清掃が必要です。

ヒットアンドミスエンジンの大部分は、開放型リザーバーに水を入れてホッパー冷却方式で冷却されます。小型で低馬力のエンジンの中には、内蔵ファンを用いて空冷されるものも少数ありました。水冷エンジンにはリザーバーが内蔵されています（大型エンジンには通常リザーバーがなく、シリンダーのパイプ接続部を介して冷却水用の大型外部タンクに接続する必要があります）。リザーバーは、シリンダー周辺に加え、シリンダーヘッド（ほとんどの場合）とシリンダー上部に取り付けられたタンク（鋳造）で構成されます。エンジンが作動すると、水が加熱されます。冷却は、水が蒸発してエンジンの熱を奪うことによって行われます。エンジンが一定時間負荷をかけた状態で作動すると、リザーバー内の水が沸騰することがよくあります。失われた水は定期的に補給する必要があります。水冷設計の危険性は、寒冷時の凍結です。多くのエンジンは、使用されていないときにオペレーターが水を抜くのを忘れ、水が凍結して鋳鉄製のエンジン部品を破損する事故に見舞われています。しかし、ニューホランドはV字型のリザーバーの特許を取得しました。これにより、膨張した氷はリザーバーを破壊するのではなく、押し上げてより大きな空間に流れ込むようになりました。ウォータージャケットによる修理は、現在も存在する多くのエンジンで一般的に行われています。

デザイン

これらは、現代のエンジン設計に比べれば単純なエンジンでした。しかし、いくつかの領域で革新的な設計が取り入れられており、多くの場合、特定の部品に対する特許侵害を回避する試みが行われています。これは特に調速機に当てはまります。調速機には、遠心式、スイングアーム式、ピボットアーム式など、さまざまなものがあります。速度を調節するアクチュエータ機構も、既存の特許と使用する調速機によって異なります。例えば、1895年の米国特許543,157 [ 2 ]や1911年の980,658 [ 3 ]を参照してください。しかし、調速機の仕事は1つ、エンジンの回転速度を制御することです。現代のエンジンでは、吸気口を通る空気の流れをバタフライバルブで絞ることで出力を制御しますが、唯一の例外はディーゼルエンジンとバルブトロニックのガソリンエンジンです。

手術

ヒットアンドミスエンジンの吸気バルブにはアクチュエーターがありません。代わりに、軽いバネが吸気バルブを閉じた状態に保持します。シリンダー内の真空によってバルブが開くまで、この状態が続きます。この真空は、ピストンの下降行程中に排気バルブが閉じている場合にのみ発生します。ヒットアンドミスエンジンが設定速度以上で動作している場合、調速機は排気バルブを開いた状態に保持し、シリンダー内の真空を防ぎ、吸気バルブが閉じた状態を維持することで、オットーサイクルの点火機構を中断します。エンジンが設定速度以下で動作している場合、調速機は排気バルブを閉じます。次の下降行程では、シリンダー内の真空によって吸気バルブが開き、混合気が吸入されます。この機構により、「ミス」サイクルの吸気行程中の燃料消費が防止されます。

ヒットアンドミスエンジンの仕組みに関するビデオ説明は、こちらでご覧いただけます。

使用法

汚水（ゴミ）の汲み上げに使用されるイェーガー社の汚水ポンプ。ヘラクレス2.5馬力（1.9kW）エンジンを搭載。これは、ヒットアンドミスエンジン（ベルト式ではない）の統合機能の一例です。

ヒットアンドミスエンジンは、1馬力から約100馬力（0.75～75kW）の出力を生み出しました。これらのエンジンは低速で回転し、通常、高馬力エンジンでは毎分250回転（rpm）、低馬力エンジンでは600回転（rpm）で動作します。これらのエンジンは、耕作用のポンプ、木材を切断するためののこぎり、農村地域の電力供給用の発電機、農機具、その他多くの据置型機器に動力を与えました。セメントミキサーに搭載されたものもありました。また、初期の洗濯機にもこれらのエンジンが使われていました。農場における省力化装置として、農家は以前よりもはるかに多くの成果を上げることができました。

エンジンは通常、幅広の平ベルト（通常5～15cm）で駆動装置に固定されていました。平ベルトは、フライホイールまたはクランクシャフトに接続されたエンジン側のプーリーによって駆動されていました。プーリーは、中央から両端にかけて円周がわずかに細くなるように特別に作られており（空気を入れすぎた自動車のタイヤのように）、プーリーの中央の直径がわずかに大きくなっていました。これにより、平ベルトがプーリーの中心に保持されました。

スロットル制御エンジンへの置き換え

1930年代になると、より高度なエンジンが普及しました。フライホイールエンジンは、発生するパワーに対して非常に重く、回転速度も非常に低速でした。古いエンジンはメンテナンスに手間がかかり、移動用途への組み込みが容易ではありませんでした。

1920 年代後半、インターナショナル ハーベスター社は既にフライホイール エンジンの密閉型であるモデル M エンジンを製造していました。同社の次のステップはモデル LA で、これはバルブ システムを除く完全に密閉されたエンジンで、自己潤滑 (クランクケース内のオイル)、信頼性の高い点火プラグ点火、高速動作 (最大約 750～800 RPM)、および以前の世代に比べて軽量という特徴がありました。1.5 馬力 (1.1 kW) のモデル LA の重量はまだ約 150 ポンド (68 kg) でしたが、300～350 ポンド (136～159 kg) の範囲であるモデル M 1½ 馬力エンジンよりはるかに軽量でした。後に、LA を若干改良した LB が製造されました。モデル M、LA、LB はスロットル制御式です。時が経つにつれて、多くのエンジン製造業者が密閉クランクケース エンジンに移行していきました。ブリッグス・アンド・ストラットンのような企業も、0.5～2馬力（0.37～1.5kW）の軽量空冷エンジンを製造しており、はるかに軽量な材料を使用していました。これらのエンジンは、はるかに高い回転数（最大約2,000～4,000rpm）で動作するため、低速のフライホイールエンジンよりも同じサイズでより多くの出力を発揮します。

フライホイールエンジンの生産は1940年代にほぼ終了しましたが、この種の最新エンジンは、低速回転が求められる用途、特に油田ポンプジャックなどの用途で現在も使用されています。現代のフライホイールエンジンは、密閉型クランクケースとより高度な材料を使用しているため、メンテナンスの問題は旧式のものよりも少なくなっています。

保存

第二次世界大戦中、鉄鋼駆動方式の導入により、数千台の使用不能となったフライホイールエンジンが廃棄されましたが、多くは生き残り、愛好家によって修復され、稼働可能な状態に復元されています。保存された数多くの不調なエンジンは、アンティークエンジン専門のショー（アンティークトラクターも展示されていることが多い）や、蒸気フェア、ヴィンテージカーラリー、郡フェア の定置式エンジンコーナーで、実際に動いている姿を見ることができます。

参照

参考文献

  1. ^ a b「ウィスコンシン・モーター・カンパニーの初期の歴史」。
  2. ^マイケル・ローレンス・メリー、「爆発エンジン」、米国特許543,157（出願日：1895年2月7日、発行日：1895年7月23日）。
  3. ^ Theodore C. Menges、「内燃機関用速度調整器」、米国特許980,658（出願日：1909年10月28日、発行日：1911年1月3日）。
  • ウェンデル, C.H. (1983). 『1872年以降のアメリカのガソリンエンジン』 . クレストライン. ISBN 0-912612-22-3。
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