ドイツ、ブランケンハイン城の博物館に保存されているポータブル・エンジン
煙突が折りたたまれ、エンジンを新しい場所へいつでも輸送できる。
スモーク・ボックス (左) の下の車軸は旋回し、向きを変えることができる。
牽引用の穴が同じ車軸の組み立て部にあって、エンジンを牽引することができる。
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Portable engine - Wikipedia
ポータブル・エンジンとはエンジンであって、(蒸気エンジンでも内燃エンジンでもよく) 動作中にはある場所に固定して機械に動力を与えるが、 (固定エンジンとは違い) 持ち運びでき、 従って、ある作業場所から別の場所に簡単に移動できる。 車輪やソリの上に搭載され、仕事場所に牽引されるか、自己推進によって動く。
ポータブル・エンジンは 19 世紀初頭から 20 世紀初頭にかけて産業国で普通に使用され、 機械的な動力伝達が広範囲にあった時代に使用された。 これ以前には、大半の動力生成や伝達は、動物、水、風あるいは人間によるもので、 これ以後には電化 (田舎の電化を含む) と現代の車両と装置 (例えばトラクター、トラック、 エンジン発電機、エンジンが組み込まれている機械) の組み合わせがポータブル・エンジンの大半の使用に 取って代わった。 今日発展途上国ではポータブル・エンジンはまだ使用され、 典型的にはボードに搭載された現代の小さなエンジンの形で使用されている。 もっとも、上記に言及した技術により、ますます需要が制限されている。 産業国では、ポータブル・エンジンは商用にはもはや使用されることはないが、 保存された実例が蒸気祭りで実演目的のために適当な装置を駆動するのをしばしば見受ける。
ポータブル・エンジンはその最盛期には典型的にはその作業場所に、 荷馬や牛で牽引されたが、その後半には以下によっても牽引された： 動力 (これには自己牽引も含まれる)、 トラクション・エンジン、蒸気トラクター、それ以外のトラクターあるいはトラック。 ポータブル・エンジンが駆動したものは： 農業機械 (例えば脱穀機)、ミル (機械) (例えば、穀物製粉機、製材機、鉱石粉砕機)、 ポンプと送風機 (例えば鉱山や油田にあるもの)、 工場のライン・シャフト (工作機械、動力ハンマー、プレスなどに接続)。
他の多くの蒸気技術と同様に、 ポータブル・エンジンの最初のデザインと開発は英国で起き、 他の多くの国々は最初は自分で開発するよりは英国製の装置を輸入した。
初期の蒸気エンジンは普通の農場に使用するには大きすぎて高価すぎたが、 脱穀機を駆動するのに蒸気動力が使用されたことの最初の積極的な証拠は 1799 年の北ヨークシャーにある。 次に記録されている応用は 1812 年のもので、 この時、 リチャード・トレビシック (Richard Trevithick) は農業用に「半ポータブルな」固定蒸気エンジンをデザインし、 このエンジンは「納屋エンジン」(burn engine) と呼ばれた。 これは コーンウォール・ボイラー (Cornish boiler) を備えた高圧回転エンジンで、 コーンウォールのプロバス (Probus) のサー・クリストファー・ホーキンズ (Sir Christopher Hawkins) のために 製造されたものであった。 これは穀物脱穀機を駆動するために使用され、 馬を使うよりは安かった。 実の所、このエンジンは非常に成功したので、70 年近くも使用され続け、 ロンドンのサイエンス・ミュージアムに保存されている。 これらのエンジンは分解せずに輸送して設置できるため「半ポータブル」と呼ばれているが、基本的には固定エンジンである。 これらのエンジンは納屋にある例えば次のような機械を駆動するのに使用された： ポンプ、ハンマー製粉機 (hammer mill)、骨粉砕機 (bone-crusher) 【訳注：動物の骨を砕いて肥料にする】、 「わら」と「かぶ」の裁断機、固定もしくは可動の脱穀ドラム。
本当にポータブルなエンジンが登場するのは 1839 年頃で、 これにより、蒸気動力の応用が農場の境界を越えることになった。 リンカンシャー、ボストンのウィリアム・タックスフォード (William Tuxford) は 水平の煙管 (smoke tube) を備えた機関車形式のボイラーのまわりに建造したエンジンの製造を始めた。 一基のシリンダーとクランク軸がボイラーの上に搭載され、 全体が 4 つの車輪の上に搭載された。前輪は向きを変えることができ、 仕事で移動する時に馬で牽引するための棒が装着されていた。 大きなはずみ車がクランク軸に搭載され、 頑丈な革のベルトが駆動装置に動力を伝達するために使用された。
幾つかのタックスフォードのエンジンが 1842 年のブリストルの王立農業協会の展示会で展示された。 他の製造業者もすぐに参入し、この際にタックスフォードのエンジンの基本デザインを使用した。 これはその後製造されたポータブル・エンジンの大半の様式となった。
英国の初期の製造業者には次がいた。
最後の製造業者は、とりわけここで注意する価値がある。 クレイトン&シャトルワース の最初のポータブル・エンジンは 1845 年に作られ、 二基のシリンダーを備えていた。 1852 年に会社は王立農業協会のグロスター (Gloucester) の展示会でポータブル・エンジンの金賞を獲得し、 その後事業が急速に拡大した。 彼らは 1857 年にウィーンに第二の工場を設立して ヨーロッパ市場を目標に定め、1890 年までに会社は 26,000 台以上のポータブル・エンジンを製造し、 多くは世界中に輸出された。
1850 年代にジョン・ファウラー (John Fowler) はクレイトン&シャトルワースのポータブル・エンジンを使用して、 耕作装置をケーブル牽引で駆動する公開デモンストレーションを実施した。
初期のポータブル・エンジンの開発と並行して、 多くの技術者はエンジンを自己牽引にする試みをした -- これはトラクション・エンジンの先触れである。 大半の場合に、これを達成するには、クランク軸の端に歯車を装着し、 ここから後輪の軸に装着したより大きな歯車にチェーンを張ればよかった。 このような実験は成功したこともあったし、失敗したこともあった。
早い時期にトーマス・エイヴリング (Thomas Aveling) (後に「エイヴリング& ポーター」(Aveling & Porter) として名声を得る) が注意したように、 蒸気エンジンを仕事から仕事に移動するために 4 匹の馬を使うのは馬鹿げている、 エンジンは馬の 10 倍の力があるからだ。 従って自己牽引するトラクション・エンジンが一旦十分信頼できるものになれば、 多くのポータブル・エンジンの役割を取り上げてしまうことは不可避なことであり、 これが実際に 1860 年代後半に起き始めた。
他の製造業者は世界中でエンジンを製造した。 小さな機械工場は小さなエンジンと垂直なボイラーを備えたユニットをアセンブルして、 これに車輪をつけることができた。 北米では何十もの製造業者 -- 例えばケース (Case)、ソーヤー (Sawyer)、マッセー (Massey)、ガー・スコット (Gaar Scott) -- が市場に参入した。 フランス、イタリー、スウェーデンそしてドイツで地元の業者がエンジンを製造した。
しかしながら、ポータブル・エンジンは決して完全にはトラクション・エンジンで置き換わらなかった。 第一にポータブル・エンジンはギアがなかったため随分と安く、 第二に多くの応用は動かすことができる単純な蒸気エンジンから恩恵を被るが、 自己牽引することを可能とする余剰の複雑さを必要としなかった。
少数のポータブル・エンジンはトラクション・エンジンが製造されなくなった後でも建造され続けた。 リンカーンのロービー社 (Robey and Company) は 1960 年代になってもいまだにポータブル・エンジンの販売を続けていた。
およそ 1900 年以後は、農場における小さくて安価な動力源は ますます内燃エンジンで置き換えられ、 このようなエンジンにはヒット・アンド・ミス (hit-and-miss) エンジンや、 後には車やトラックのエンジンの産業バージョン (固定あるいはポータブル) があり、 ベルトを使用するか、エンジン発電機に組み込まれた。
脱穀作業以外では、 ポータブル・エンジンが使用されたのは：製粉機 (corn mill)、 遠心ポンプ (centrifugal pump)、砕石機 (stone-crusher)、 発電機 (dynamo)、わら裁断機 (chaff cutter)、干し草梱包器 (hay-baler)、 のこぎり台 (saw-bench) があった。 ポータブル・エンジンはフットボールの試合のフラッドライト (投光照明、floodlight) 用の電気を発電することにまで使用された。 これが最初に起きたのは 1878 年のシェフィールドのブラモール・レーン (Bramall Lane) であった。
一般に、ポータブル・エンジンは作業場 -- しばしば農場内あるいは畑 -- に牽引され、 長い駆動ベルトがエンジンのはずみ車と装置の駆動輪の間に装着された。
幾つかの場合には、ポータブル・エンジンは場所から場所に牽引するのではなく、 半永久的に建物内に設置され、固定蒸気エンジンとして使用された。 もっとも車輪は必ずしも取り除かれなかった。
もっと極端な使用例では、エンジンがボイラーから取り除かれ、 固定エンジンとして再使用されている。 しばしば、ボイラーも (車輪なしで) 蒸気供給のために再使用される。 2007 年現在で、このように分解されたポータブル・エンジンがビルマの小さな米製粉所で商用に使用されている。 (疑いもなく他でも使用されているであろう。) このような実例はシリンダー・ブロックの下にある曲がったサドルにより簡単に確認できる。 このサドルはエンジンをボイラーに搭載するために使用したものだからである。 何千台もの 1 馬力のポータブル・エンジンが 1958 年の 大躍進政策の期間に中国で製造された。 どの村も小作人も小さな鉄の溶鉱炉を建設して銑鉄を製造することが奨励された。 火室 (retort) の温度を維持するための送風機に動力を与えるために、 わらを燃料とする小さなエンジンが製造された。 これは何の効果もなかった。というのは最終的な銑鉄は非常に質が低く、 何の役にも立たなかったからである。
もっとも普通の配置は元々のタックスフォードのデザインにしたがっている。 これはトラクション・エンジンの普通の配置にきわめて似ているが、 ポータブル・エンジンのエンジンは普通は逆に取り付けられ、 シリンダーが火室側で、クランク軸がスモーク・ボックス (煙室) 側にある。 このレイアウトは調節器 (regulator) を火室の近く配置して、 機関士が 1 つの場所で火を維持して同時にエンジンの速度を制御することを容易にするためであった。 これに付け加えた利点にはずみ車が後輪から離れているため 後輪の間隔を狭くすることができ、エンジンが畑のゲートを簡単に通れるようになった。
幾つかの製造業者 (例えばファウラー (Fowler)) は自分たちのポータブル・エンジンをトラクション・エンジンと同じスタイルにして、 シリンダーをスモーク・ボックス側にしている。 これは恐らく製造コストを下げるためである。 というのは、これ以外の明白な利点がないためである。 (トーマス・エイヴリングが気が付いたことは、 トラクション・エンジンの場合にははずみ車を機関士の手が届く場所に設置する方が良く、 こうすれば不注意でクランクを頂点の死点 (ここでは自動スタートできない) で停止させてしまった場合に備えることができるからである。 そして大半のトラクション・エンジンの製造業者がこの考えにしたがった。)
通常は機関車形式の火室を備えた煙管ボイラーである。 しかしながら (例えばマーシャル (Marshall) のブリタニア (写真参照, Britannia) のように) あるデザインでは丸い海洋形式の火室がある。 この形式は英国の製造業者が 「植民地」 ボイラーとも呼び、 植民地に輸出するためのもので、荒れた道を移動するために最低地上高が高くなっている (high ground clearance)。
燃料は通常は石炭であるが、エンジンは色々なものを燃料とするようにデザインすることもできる： 木材、わら、バガス (bagasse, サトウキビの搾りかす)。 長い円形の火室が、短いたきぎより丸太を燃やすのにとりわけ適している。 木材を燃やすためにデザインされた機械は火花止めを装着していることもある。
大半のポータブル・エンジンはシリンダーが一基であるが、二基のエンジンも製造された。 スライド・バルブは一つのエクセントリックで駆動され、 逆向きのギアは装着されていない。 通常、 負荷が変動する場合にも、 エンジンの速度を一定に保つためのベルト駆動のガバナー (調速機、governor) がある。 エンジンには一基もしくは二基のはずみ車が同じクランク軸に搭載されている。 二基搭載されている場合には、エンジンの両側に搭載され、直径が異なっている。 より小さなはずみ車は農場の速度の遅い仕事 (例えば、エサを刻むこと) に使用され、 大きな弾み車は、例えば脱穀機を駆動するのに使用される。
クランク軸はボイラーの給水ポンプを駆動し、 ポンプはエンジンの横に設置された貯水バレル (タル、barrel) から水を吸入する。 多くのエンジンには単純ではあるが効果的な貯水ヒーターを備え、 これは排気蒸気の一部を貯水バレルに吹き込む作業をしている。 貯水バレルは油成分の分離装置としての役割も果たしている。排気蒸気の中の油成分は 貯水バレルの上層に浮かび、すくい取ることができる。
背の高い煙突が提供され、火の通気をよくしている。 上方の障害物をくぐりぬけるために、 煙突は基底部のちょうつがいで折りたためるようになっており、 輸送中や保管中には折りたたまれている。 適当な形をした「受け」(bracket) が通常は火室側の方に設置され、 煙突が折りたたまれた時の支えとなっている。
大半のデザインでは 4 輪が装着され、いかなるサスペンションもない。 最初のポータブル・エンジンでは木製の車輪であったが、 エンジンが強力に (従って重く) なると、組み立て鋼車輪 (fabricated steel wheel) が、 その代わりに装着された。
前輪は通常は後輪よりも小さい。 これは前輪がスモーク・ボックス (煙室) の下の自在軸に設置した前輪受けに 搭載されているからで、エンジンがコーナーを曲がるときには大きな車輪では ボイラーにぶつかりやすいからである。 追加の利点は、大きなはずみ車を装着できることで、これでもっと安定した動力を供給できるからである。
多くのポータブル・エンジンは現在でも生き延びており、 これは大量に生産されて地球上の多くの遠隔地で使用されたからである。 随分多くが保存されており、その多くが完全に可動な状態に復元されている： トラクション・エンジンと比較すると、装置は比較的小さく、 単純に建造され、普通の熱狂者による復元がもっとずっと実行可能となっている。 (但し、これはボイラーが適度に良好な場合である。 ボイラーの修理はきわめて高価で、取り換えることは更に高価である。)
トラクション・エンジンのラリー (結集) や蒸気祭りでポータブル・エンジンが 動作していることを見るのは通常可能である。 例えばグレート・ドーセット蒸気祭り (Great Dorset Steam Fair) ではポータブル・エンジンに関連した実演場所で以下の装置を駆動しているのを 見ることができる：のこぎり台、脱穀機、削岩機、あるいは当時の装置。
非常に多くの農業や産業に関しての博物館には、その収集品の中にポータブル・エンジンが含まれている。
マーシャル (Marshall) の最も小さい現存する製品と思われる 製品番号 415, 2.5 nhp ポータブル・エンジンは ニュー・サウス・ウェールズ (New South Whales) の 「ターアン技術博物館」 (Turon Technology Museum) (動力の博物館、Museum of Power) で見ることができる。 このエンジンはオーストラリアで記録されている最も古いポータブル・エンジンである。