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Grasshopper beam engine - Wikipedia
グラスホッパー・ビーム・エンジン
(Grasshopper beam engine)

グラスホッパー・ビーム・エンジンは、ビーム・エンジンであって、 (ビームの) 中央ではなく、一方の端に回転軸があるものである。

通常、クランク軸 (crankshaft) への連接棒 (connecting rod) はピストンと ビームの回転軸 (pivot) の間に置かれる。 すなわち、第 1 種テコではなく 第 2 種テコが使用される。

1847 年のドイツの固定エンジン
  1. 起源
  2. 海洋エンジン
  3. 固定エンジン
  4. グラスホッパー蒸気機関車
  5. 注釈
起源

グラスホッパー・ビーム・エンジンの最初の記録された 実例は 1784 年のウィリアム・マードック (William Murdoch) の蒸気車両の模型である。 ビームの機械的利点は無視でき、主にクロスヘッドの代りに使用され、 このため事実上リターン連接棒エンジン (return connecting rod engine) であった。 米国の技術者であるオリバー・エバンス (Oliver Evans) は 1801 年に 高圧海洋グラスホッパー・エンジンを描き[注 1]、 1805 年にオリュクトラムフィボラス (Oruktor Amphibolos) -- 水率両用の浚渫機 -- を建造した。

ウィリアム・マードックの
1748 年の蒸気車両の模型

ほとんどすべてのグラスホッパー・エンジンではピストンとビームの回転軸の間に クランク軸 (crankshaft) を設置する。 これにより、ピストンに長いストロークと、クランクに短いストロークが可能となる。 もっとも、クランクにはより強い力が加わる。 これは初期の低圧蒸気エンジンには有利であった[注 2]。これらはシリンダーの力には限りがあるが、 長いシリンダーを使用して力を増幅できた。 少々の例外が -- 米国のオリバー・エバンスのボートと フィニアス・デイビス (Phineas Davis) のグラスホッパー機関車 -- これを逆にして、シリンダーを回転軸とクランクの間に設置した -- 第 3 種テコである。

多くのグラスホッパー・エンジンが固定エンジンとして建造された。 少々の著名な初期の蒸気機関車はビーム・エンジンを使用し、 このすべてがグラスホッパー形式であった。 しかし、これ以上のグラスホッパー・エンジンは海洋エンジンとして建造された。

海洋エンジン

グラスホッパー・エンジンの最も重要な用途の 1 つは外輪蒸気船の海洋エンジンであった。 エバンスの Oruktor Amphibolos の成功しなかった実験の後で、最初の成功した グラスホッパー・エンジンは最初の商的に成功した蒸気ボート -- 1812 年の PS コメット (Comet) -- のものであった。 海洋使用では、グラスホッパー・エンジンは '半レバー' エンジン (half-lever engine) と呼ばれ[注 3]、 低く設定されたレバーの組 -- シリンダーの両側に 1 つづつ -- を使用した。 これは安定性のための低重心、高いクランク軸が与えられ、 後者は外輪の駆動に適切であった。 コメットのエンジンのデザイナーであるヘンリー・ベル (Henry Bell) はエンジンの形式を設立し、 これは続く半世紀の間に、外輪蒸気船で広く利用された。

海洋グラスホッパー・エンジン
固定エンジン

伝統的なビーム・エンジンのビームと回転軸を支えるために使用された重い石造りのエンジン棟とは違い、 グラスホッパーのビームは揺れ動く接続 (swinging link) の上で回転した。 クランクピン (crankpin) は直接ビームで支えられ、 垂直方向に直線で動作し、 ビームの回転軸はこれを可能にするためにその接続で、わずかに横方向に移動した[注 4]。 これはピストン棒における 平行移動接続の必要性を単純化した。 グラスホッパー・エンジンは従って、伝統的なビーム・エンジンよりも軽量で、 工場で完全に建造でき、 現場で実施しなければならない多大な設置工事が必要ではなかった。 これにより、小さなエンジンにはグラスホッパー・エンジンの使用が奨励された。 幾つかのメーカーは -- サザーク (Southwark) のイーストン & エイモス (Easton & Amos) が著名 -- このようなエンジンに特化していた。 多くはポンプに使用され、大きなミル (mill) に動力を与えるためではなかった。

現存する固定エンジン
グラスホッパー蒸気機関車
パッフィング・ビリー ボルティモア & オハイオの
グラスホッパーのアトランティック
注釈

[注 1] 同時期のトレビシックの機関車と類似なコンセプト
[注 2] これらは当時は初期の大気圧エンジンとの比較から 「高圧エンジン」 と呼ばれたが、 これらの低い圧力は円筒型の煙道ボイラーの発展で凌駕された。
[注 3] ビーム・エンジンの海洋エンジンの類似はレバー・エンジン (lever engine) と呼ばれた。
[注 4] クランクピンはビームの回転軸 (pivot) に相対的に円弧 (arc) で動き、 水平スペースは必然的に変化する。 ワットのエンジンでは平行移動の動きが シリンダーとビームの回転軸が定位置のまゝとなることを可能にする。 グラスホッパーでは、揺れる接続 (swinging link) がシリンダーとクランクピンの周りでわずかに動き、 シリンダーとクランクピンは同じ垂直面の中にある。