オットーエンジン
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オットーエンジンは、ドイツのニコラウス・オットーによって設計された、大型の定置型単気筒内燃4ストロークエンジンです。低回転数で、同じくオットーによって設計されたオットーサイクルにより、1ストロークおきに点火する方式でした。
種類
ドイツの発明家ニコラウス・オットーとそのパートナーであるオイゲン・ランゲンは、3種類の内燃機関を設計しました。これらのモデルは、1862年に失敗した圧縮エンジン、1864年に開発された大気圧エンジン、そして今日ではガソリンエンジンとして知られる1876年のオットーサイクルエンジンです。オットーは輸送機関には興味がなかったため、これらのエンジンは当初は定置式でした。ダイムラーなどの他のメーカーが、輸送機関向けにオットーエンジンを完成させました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
タイムライン
ニコラウス・オーガスト・オットーは若い頃、食料品店の巡回セールスマンとして働いていました。旅の途中で、彼はパリでベルギー人移民ジャン・ジョセフ・エティエンヌ・ルノワールが製造した内燃機関に出会いました。1860年、ルノワールは照明用ガスを燃料として4%の効率で作動する複動式エンジンの開発に成功しました。18リットル（1,100 立方インチ）のルノワール製エンジンは、わずか2馬力（1.5kW ）の出力しかありませんでした 。
1861年、オットーはレノア・エンジンのレプリカを試験していた際に、圧縮が燃料充填量に及ぼす影響に気づきました。1862年、オットーはレノア・エンジンの効率と信頼性の低さを改善するエンジンの開発を試みました。点火前に燃料混合物を圧縮するエンジンの開発を試みましたが、数分以内に破壊されてしまうため失敗しました。多くの技術者もこの問題を解決しようと試みましたが、いずれも成功しませんでした。[ 4 ]
1864年、オットーとオイゲン・ランゲンは世界初の内燃機関製造会社NAオットー・アンド・シー（NAオットー・アンド・カンパニー）を設立しました。オットー・アンド・シーは同年、大気圧エンジンの開発に成功しました。[ 4 ]
工場はスペースが不足し、 1869年にドイツのドイツに移転し、そこで会社名をガスモトレン・ファブリク・ドイツ（ガスエンジン製造会社ドイツ）に変更しました。[ 4 ]
ゴットリープ・ダイムラーが技術責任者、ヴィルヘルム・マイバッハがエンジン設計責任者を務めた。ダイムラーは銃器工であり、以前にもレノアエンジンの開発に携わっていた。[ 5 ]
1876 年までに、オットーとランゲンは、燃焼前に燃料混合物を圧縮し、それまでに作られたどのエンジンよりもはるかに高い効率を実現する初の内燃機関の開発に成功しました。
大気エンジン
大気圧エンジンの最初のバージョンは、オイゲン・ランゲンが設計した縦溝付きコラム構造を採用していました。この大気圧エンジンは、ラックとピニオンを用いてピストンの直線運動を回転運動に変換し、上向きのストロークで動力を伝達します。このエンジンの膨張比は1860年のルノアエンジンよりもはるかに高く、優れた効率をもたらしました。
レノアエンジンは、燃料/混合気を圧縮せずに燃焼させるエンジンでした。オットー/ランゲン大気圧エンジンは12%の効率で運転され、0.5馬力（0.37kW）の出力を出力しました。80 rpm。1867年のパリ万国博覧会では、ルノアエンジンの効率を圧倒的に上回り、金メダルを獲得しました。これにより、さらなる研究資金を生み出す生産と販売への道が開かれまし た。
最初のバージョンでは、ラックを安定させるためにフレームが使用されていましたが、設計が簡素化されたため、すぐにフレームは廃止されました。後のエンジンでは、縦溝付きシリンダーも廃止されました。大気圧エンジンはガス炎点火システムを採用し、出力は0.25馬力から3馬力（0.19kWから2.24kW）までの範囲で製造されました。
1872年にNAオットー社がガスモトレン・ファブリク・ドイツ社に再編されたとき、経営陣はオットーさえも無視してダイムラーを工場長に選び、8月にダイムラーはマイバッハを主任設計者として引き連れて同社に入社した。[ 6 ]ダイムラーは生産性を向上させることができたが、オットーの垂直ピストン設計の弱点と、ダイムラーの頑固な大気圧エンジンへのこだわりが相まって、同社は行き詰まりに陥った。[ 7 ]
1875年までに年間634基のエンジンを生産する商業的成功を収めたにもかかわらず、[ 7 ]オットーとランゲンのエンジンは技術的な行き詰まりに陥っていました。出力はわずか3馬力（2.2kW）で、作動には3～4メートル（10～13フィート）のヘッドルームが必要だったのです。[ 7 ] 1882年、2,649基のエンジンを生産した後、大気圧エンジンの生産は中止されました。この年、ゴットリープ・ダイムラーとヴィルヘルム・マイバッハが同社を去りました。[ 4 ]
オットーサイクル
14年間の研究開発を経て、オットーは1876年5月9日に圧縮給気式内燃機関の開発に成功しました。オットーは、シリンダー内に燃料混合物を層状に充填することで、爆発的燃焼ではなく漸進的に燃焼させる方法を発見しました。彼はこれを「層状充填」または「成層充填」と呼びました。これにより、燃焼が制御され、ピストンがシリンダー内でより長く押し込まれるようになり、それまでに試みられたすべてのエンジンを破壊した爆発は発生しませんでした。燃料は、レノアや彼自身の大気圧エンジンで使用されていたのと同様に、 依然として照明ガスでした。
このエンジンは4つのサイクルを用いて動力を生み出しました。現在ではオットーサイクルエンジンとして知られています。これは1862年に初めて試みられたエンジンと同じものです。
オットーが4ストロークサイクルに注目したのは、ゴットリープ・ダイムラーが会社に迎え入れたフランツ・リングスとヘルマン・シュムの尽力によるところが大きい。[ 7 ]オットーサイクルとは、オットー＆ランゲンエンジンではなく、このエンジン（オットーサイレントエンジン）を指す。これは、シリンダー内圧縮方式を採用した最初の商業的に成功したエンジンであり（ 1838年にウィリアム・バーネットが特許を取得）、リングス＝シュムエンジンは1876年秋に登場し、すぐに成功を収めた。[ 7 ]
圧縮エンジンのシリンダー配置は水平配置であった。スライダーバルブ制御とガス炎点火を採用し、当時信頼性の低かった電気点火ではレノアが克服できなかった問題を克服した。オットーエンジン開発前の15年間、出力は3馬力（2.2kW）を超えることはなかった。オットーエンジン開発後数年でエンジン出力は上昇し、1,000馬力（750kW）に達した。[ 4 ]
オットーサイクルエンジンは、最終的にリグロイン、そしてガソリンや様々なガスを燃料として採用されました。第二次世界大戦中、オットーエンジンは木材ガス、石炭ガス、プロパン、水素、ベンゼンなど、62種類以上の燃料で稼働していました。このエンジンは軽質燃料に限られていました。後にディーゼルエンジンとして開発されたこのエンジンは、重質燃料や重油も燃料として使用できます。
キャブレターと低電圧点火
1884年、ドゥーツはキャブレターと信頼性の高い低電圧点火システムも開発しました。これにより、初めて液体石油燃料の使用が可能になり、輸送機関へのエンジンの使用が可能になりました。この研究は、ゴットリープ・ダイムラーとヴィルヘルム・マイバッハの研究と並行して行われました。彼らは、ダイムラー・ライトヴァーゲンのオリジナルのホットチューブ点火装置に代わるキャブレターと、ロバート・ボッシュ社のマグネトー点火装置の基礎となるマグネトー点火システムも開発しました。ダイムラーはオットーの輸送機関用エンジンの開発を継続し、ドゥーツはディーゼルエンジンへと転換しました。
特許の喪失
1886年、ドイツ特許庁は、フランス人アルフォンス・ボー・ド・ロシャスによる4サイクルエンジンの先行特許の発見により、1891年まで有効であったドゥーツの特許を無効とした。ドゥーツは、自らの層状吸気システムがロシャスの特許に記載されているものと異なることを証明することができず、独占権と25件の特許のうち1件を失った。1889年までに、50社以上の企業がオットー設計のエンジンを製造していた。[ 8 ]
定置エンジン
スパークプラグの点火
オットーエンジンは、点火を促すための様々な機構設計を備えていました。オットーは、燃料に点火するために小さな電気火花を発生させる装置であるスパークプラグを採用した最初のエンジンの一つです。スパークプラグは通常、回転するトリップアームで構成されており、トリップアームがパワースイッチレバーを軽く掴み、素早く引きます。その後、スイッチレバーは放され、次のサイクルに備えて元の位置に戻ります。このシステムには、現代の自動車エンジンと同様に、外部の電気バッテリー、点火コイル、そして充電システムが必要です。
後期のオットーエンジンでは、小型のマグネトーがエンジンに直接取り付けられました。スイッチを作動させる代わりに、点火プラグの点火アームがマグネトーローターを素早く回転させ、ローターがバネの張力で元の位置に戻ります。マグネトーコイルのこの急速な回転により、点火プラグを点火して燃料に点火する非常に短い電流が流れます。この設計には外部バッテリーが不要という利点があり、マグネトーの磁石部分をフライホイールに組み込むことで、現代のポータブルガスエンジンが動作する仕組みとなっています。現代のポータブルエンジンは、フライホイールが回転するたびにマグネトーを励磁するため、カムで作動する電気スイッチを使用して、エンジンのパワーストローク以外でのプラグ点火を防止しています（無駄なスパークを参照）。
エンジン回転数調整
これはオットーエンジンの速度制御の仕組みを示すデモンストレーションです。回転するボールは遠心調速機で、機械の回転速度が遅くなると小さな車輪が左に移動し、ロッドを近くのローラーに差し込んで押し上げ、燃料の吸入を開始してエンジンを1回転させます。
機械に負荷がかかっているにもかかわらず、回転速度が低すぎる場合、カムは挿入されたままになり、点火サイクルごとにエンジンが繰り返し点火します。エンジン回転数が上昇すると、調速機が小輪を右に引くため、シリンダー内に燃料がない状態でも点火プラグは点火を続けますが、機械は燃料を噴射せずに惰性走行します。
この速度制御方法は、しばしば「ヒット・オア・ミス方式」と呼ばれます。これは、エンジンが制御速度よりも速く回転しているパワーストロークでは、燃料混合気が不足して失火する一方、速度が低すぎるパワーストロークではヒット（点火）するためです。失火ストロークでは燃料は消費されません。
シリンダー冷却
オットーエンジンは、現代のエンジン冷却システムと同様に、シリンダー壁の周囲に流水ジャケットを備えています。ウェスタン・ミネソタ・スチーム・スレッシャーズ・リユニオンに展示されている定置型オットーエンジンはすべて、建物の外に設置された単一の大型放熱器を共有しています。この集中型遠隔放熱システムは、エンジン建屋の冷却にも役立っています。
輸送での最初の使用
オットーとマネージャーのゴットリープ・ダイムラーは、オットーエンジンの将来の方向性について意見の相違がありました。オットーは定置用の大型エンジンを製造したいと考えていたのに対し、ダイムラーは輸送機関に使用できる小型エンジンを製造したいと考えていました。意見の相違が続いた後、ダイムラーは1882年にオットーを離れ、ヴィルヘルム・マイバッハを連れて行きました。1883年、ダイムラーとマイバッハは小型で効率的な0.5馬力（0.37kW）のエンジンを開発しました。[ 9 ]
1885年、ダイムラーとマイバッハはオットーのアイデアに一部触発されて「グランドファーザークロック」エンジンを開発し、その周りに二輪のフレームを組みました。[ 10 ]これは世界初の高速ガソリンエンジンでした。[ 11 ]ダイムラーの息子パウルはこのモーター付き自転車、ダイムラー・ライトヴァーゲンに乗った最初の人物であり、これは世界初の内燃機関自動車です。[ 12 ]
ドイツ社は大型の定置用エンジンの生産を継続し、一方ダイムラー社は船舶、飛行船、機関車、自動車、トラック、その他の輸送用途へと事業を拡大しました。ドイツ社は世界最古のエンジンメーカーです。[ 1 ]ダイムラーとマイバッハの合併会社であるダイムラー・モトーレン・ゲゼルシャフトは後にベンツ社と合併し、ダイムラー・ベンツ社となり、自動車の商標としてメルセデス・ベンツを採用しました。 [ 13 ]
オットーの会社であるDeutz AGは、世界最大のエンジン製造会社の一つです。[ 14 ]世界の自動車メーカーのほとんどが、内燃機関、ガソリンエンジン、火花点火エンジンと呼ばれるほど普及しているオットーサイクルエンジンを搭載した車両を生産しています。[ 15 ]
参考文献
- ^ a b「ニコラウス・アウグスト・オットー：内燃機関の発明者」Wayback Machineで2018年2月9日にアーカイブ。
- ^「ダイムラー・ベンツの歴史」。 2016年3月3日アーカイブ、Wayback Machineにて。
- ^ダイムラー・ベンツ博物館、カンシュタット、ドイツ。 2012年5月10日アーカイブ、Wayback Machineより
- ^ a b c d e「125 Jahre Viertaktmotor」 . Oldtimer Club Nicolaus August Otto. 2011年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年5月22日閲覧。
- ^「歴史」 Deutz AG. 2011年2月17日アーカイブ、Wayback Machineにて。
- ^ワイズ、デイヴィッド・バージェス「ダイムラー：四輪車の創始者」、トム・ノーシー編『 World of Automobiles』（ロンドン：オービス、1974年）、第5巻、482ページ。
- ^ a b c d eワイズ、p.482。
- ^ “125 Jahre Viertaktmotor” .オールドタイマークラブ ニコラウス・アウグスト・オットー。 2011 年 5 月 7 日にウェイバック マシンにアーカイブ
- ^ギル、マンフレッド (2013). Im Dienste der Feuerwehr: Gottlieb Daimler、Carl Benz、Ferdinand Porsche (ドイツ語)。サットン。17 ～ 19ページ 。ISBN 978-3-95400-133-0。
- ^ 「4月3日：ゴットリープ・ダイムラーは1885年のこの日に『グランドファーザー・クロック』エンジンの特許を取得した」 Yahoo. 2013年4月3日。
- ^ Njuguna, Marcus (2022年6月16日). 「メルセデス・ビジョンEQ シルバーアローは、これまでで最も未来的な電気自動車コンセプトカーだ」Hotcars.com .
- ^ガーディナー、マーク（1997）、クラシックオートバイ、メトロブックス、p.16、ISBN 1-56799-460-1
- ^ 「ダイムラーAG」。ブリタニカ百科事典。
- ^ロックマン、ハワード・B.（2019年）『エンジニア、科学者、起業家のための知的財産法』ワイリー社、236頁。ISBN 978-1-119-38197-6。
- ^ Shukla, AK (2001年11月). 「オットーの内燃機関を超える自動車」. Resonance . 6 .
外部リンク
