ホーンビー・アクロイド石油エンジン
発明者のハーバート・アクロイド・スチュアートと製造者のリチャード・ホーンズビー・アンド・サンズにちなんで名付けられたホーンズビー・アクロイド石油エンジンは、重油を燃料とする内燃機関として初めて成功した設計である。独立した気化燃焼室を採用した最初の機関であり、数年後に開発された同様のディーゼルエンジンの前身とされる、すべての熱球エンジンの先駆けとなった。
初期の内燃機関は、ガス燃料や軽質石油燃料で非常にうまく動作していました。しかし、石油や軽質石油燃料の危険性から、輸送と保管には法的規制が設けられていました。灯油などの重質石油燃料は照明用として広く普及していましたが、内燃機関で使用する際には特有の問題がありました。エンジン燃料として使用する油は蒸気状態にする必要があり、圧縮中もその状態を維持する必要がありました。さらに、バルブやエンジンの作動部品を詰まらせる堆積物の発生を防ぐため、燃料の燃焼は強力で、規則的かつ完全でなければなりませんでした。
初期の石油エンジン
石油エンジンに関する最も古い言及は、ロバート・ストリートによる1794年の英国特許第1983号であり、ホルスト・O・ハーデンベルグによると、彼が実際に稼働するエンジンを製作したという証拠がある。[ 1 ] [ 2 ] その後、 19世紀にはエティエンヌ・ルノア、ジークフリート・マーカス、ウィーンのユリウス・ホック、ジョージ・ブレイトンらによって他の石油エンジンが製作された。1807年、ニセフォール・ニエプスは苔と石炭の粉末を動力源とする稼働可能なエンジン「ピレオロフォア」を製作し、ソーヌ川を遡上する船の動力源とした。ブレイトンのエンジンを除き、これらのエンジンはすべて非圧縮式であった。
他にも石油エンジンの改良に取り組んだ人物がおり、ウィリアム・デント・プリーストマン[ 3 ]やエミール・キャピテーヌ[ 4 ]などがその代表例です。しかし、最も成功したのはハーバート・アクロイド・スチュアートの設計でした。
ハーバート・アクロイド・スチュアートのエンジン
ハーバート・アクロイド・スチュアートの最初の試作エンジンは1886年に製作された。1890年、チャールズ・リチャード・ビニーと共同で、イギリス、リンカンシャー州グランサムのリチャード・ホーンズビー・アンド・サンズ社に特許7146号を出願した。この特許のタイトルは「可燃性蒸気またはガスと空気の混合物の爆発によって作動するエンジンの改良」であった。[ 5 ]
蒸発燃焼室
スチュアートの石油エンジンの設計はシンプルで信頼性が高く、経済的だった。圧縮比が比較的低かったため、圧縮行程の終わりに燃焼室内で圧縮された空気の温度は、燃焼を開始するのに十分ではなかった。燃焼は、シリンダーヘッドに取り付けられた独立した燃焼室、つまり気化器（ホットバルブとも呼ばれる）で行われ、そこに燃料が噴霧された。気化器は狭い通路でシリンダーに接続されており、運転中にシリンダー内の冷却水または排気ガスによって加熱された。始動には、トーチなどの外部炎が使用された。燃料と空気の混合気が気化器の高温の壁と接触することで、自然発火が起こった。[ 6 ]
バルブをシリンダー接続部で非常に細い首に絞り込むことで、点火ガスが首からシリンダー内に流れ込み、そこで燃焼が完了する際に強い乱流が発生する。エンジン負荷が増加するとバルブの温度も上昇し、点火時期が早まる。そのため、過早着火を防ぐため、吸気口に水が滴下された。[ 7 ]
4ストロークオイルエンジン
スチュアートエンジンは4サイクル設計です。吸気行程（1）では、機械式吸気バルブを通して新鮮な空気がシリンダー内に吸入されます。同時に、オイルが気化器に噴射されます。オイル蒸気はほぼ完全に気化器室に閉じ込められます。この高温のオイル蒸気は濃度が高すぎるため、燃焼を促進することができません。ピストンの圧縮行程（2）では、新鮮な空気が狭いネックを通って気化器に押し込まれます。圧縮が完了すると、混合気が燃焼を促進するのにちょうど良い状態になり、点火が起こり、膨張行程（3）でピストンを押し上げます。そして、行程（4）で排気ガスが放出されます。
2ストロークホットバルブエンジン
数年後、アクロイド＝スチュアートの設計は、アメリカ合衆国でドイツ移民のミーツとヴァイスによってさらに発展しました。彼らは熱球エンジンと、ジョセフ・デイが開発した2ストローク掃気原理を組み合わせ、同サイズの4ストロークエンジンと比較してほぼ2倍の出力を実現しました。農業用および船舶用の同様のエンジンは、J.V.スヴェンソン・オートモービルファブリック、ボリンダース、リセキルス・メカニスカ・ヴェルクスタッド、ピタゴラス・エンジン・ファクトリーなど、スウェーデンの多くの工場で製造されました。
ディーゼルエンジンとの比較
アクロイド・スチュアートのエンジンは、加圧燃料噴射システムを採用した最初の内燃機関[ 8 ]であり、また独立した気化燃焼室を採用した最初の内燃機関でもありました。これは、数年後に開発された 同様のディーゼルエンジンの先駆けとみなされる、すべての熱球エンジンの先駆けです。
しかし、ホーンズビー・アクロイドのオイルエンジンやその他のホットバルブエンジンは、圧縮熱によってのみ点火するルドルフ・ディーゼルの設計とは明確に異なります。オイルエンジンの圧縮比は3:1から5:1の間と適度ですが、一般的なディーゼルエンジンは15:1から20:1という非常に達成困難な圧縮比を実現し、はるかに高い効率を実現しています。また、高圧ディーゼル噴射ポンプによって燃料は圧縮ピーク時ではなく、吸気行程初期に容易に噴射されます。[ 9 ]
最初の生産石油エンジン
アクロイド・スチュアートのエンジンは、1891年6月26日からグランサムのリチャード・ホーンズビー・アンド・サンズ社（蒸気エンジンと農業機械の大手メーカー）で、ホーンズビー・アクロイド特許石油エンジンとしてライセンスに基づいて製造され、1892年7月8日に初めて商業的に販売されました。他のエンジニアリング会社にもエンジン製造の選択肢が提示されましたが、彼らはそれをビジネスへの脅威と見なし、申し出を断りました。
圧縮着火への適応
1892年、ホーンズビー社のTH・バートンは、気化器を新しいシリンダーヘッドに交換し、圧縮比を上げて圧縮だけでエンジンを作動させるという改良を施しました。これは、ルドルフ・ディーゼルのエンジンに先立つものでした。 [ 10 ]このホーンズビー＝アクロイドの石油エンジン設計は大成功を収め、1891年から1905年の間に合計32,417台のエンジンが製造されました。これらのエンジンは、タージ・マハル、 ジブラルタルの岩、 自由の女神像（ホーンズビーが1893年のシカゴ万国博覧会で石油エンジン賞を受賞した後に選ばれた）、多くの灯台の照明に電力を供給し、グリエルモ・マルコーニによる初の大西洋横断ラジオ放送にも電力を供給しました。
参照
注記
- ^ 「水素エンジン|内燃エンジンの初期の歴史」 www3.eng.cam.ac.uk . 2019年8月1日閲覧。
- ^ 「中世の内燃機関 1794-1886 : Horst O. Hardenberg : 9780768003918」www.bookdepository.com . 2019年8月1日閲覧。
- ^ 「プリーストマン石油エンジン、1895年」。webarchive.nationalarchives.gov.uk 。2017年4月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年8月1日閲覧。
- ^クラーク、D. "「石油エンジン」はガスエンジンと石油エンジンから抜粋。ガスエンジン。 2019年8月1日閲覧。
- ^ 「アクロイド石油エンジン」。レイ・フーリーの「ラストン・ホーンズビー」エンジンページ。2011年5月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年7月29日閲覧。
- ^マクニール、イアン (1990). 『技術史百科事典』 テイラー＆フランシス. pp. 310–311 . ISBN 0-415-01306-2。
- ^ Wrangham, DA (1956). 『熱機関の理論と実践』ケンブリッジ大学出版局. p. 664.
- ^ランサム・ウォリス、P. (2001) [1959].図解世界鉄道機関車百科事典. ドーバー出版. p. 27. ISBN 0-486-41247-4。
- ^米国特許502837号「ガスまたは炭化水素蒸気と空気の混合物の爆発によって作動するエンジン」、1893年8月8日付け。45行目。
- ^ 「ディーゼルエンジンの歴史 - 過去から現在まで」ディーゼルエンジンスペアパーツ. 2016年12月28日. 2019年8月1日閲覧。
外部リンク
ビデオクリップ
