単純な首振りシリンダー・エンジン
Mamod SE2 可動蒸気モデル
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Oscillating cylinder steam engine - Wikipedia
首振りシリンダー蒸気エンジン (米国では動揺エンジン (wobbler) と呼ばれる) は単純な蒸気エンジンでバルブ装置がないものである。 そのかわりに、クランク軸がピストンを動かすと、シリンダーが揺れて、あるいは首を振って、 シリンダーを搭載するトラニオン (取り付け装置) のまわりで回転する。 これによりシリンダーの蒸気口が (吸気用および排気用の) 固定された蒸気口と交互にそろい、 シリンダーに蒸気を出し入れする。
首振り蒸気エンジンは現在では、主におもちゃやモデルに使用されるが、 過去には原寸の可動エンジンに使用され、主に船舶ないしは小さな固定エンジンに使用された。 これらは単純性の利点があり、製造コストが低い。 これらは、もっとコンパクトな傾向もあり、 同容量の他のシリンダーよりも、船舶で使用するのに有利である。
ピストンを正しい方向に押すためには、 一周期内の正確な時刻にシリンダーの端に蒸気を注入しなければならない。 反対方向では蒸気をシリンダーから排出しなければならない。 クランク軸が回転すると、 ピストン棒は (シリンダーに) 出入りするのと同時に、上下に動く。 (シリンダーが垂直の場合には左右に動く。) ピストン棒は堅く、ピストン自身の長さは直径よりも長い。 これにより、シリンダーは特別な取り付け装置 (トラニオン) の上で揺れる、あるいは首を振る。 おもちゃやモデルに通常見られるデザインでは、シリンダーの側面に 1 つの穴 (複動作の場合には両端に 1 つずつ) と、 吸気・排気ブロックに 2 つの穴が配置され、正確な時に揺れる動きが穴をそろえ、 ある時には蒸気がシリンダーに進入し、 別の時には蒸気が大気もしくは凝縮器に排出される。
原寸のエンジンでは吸気口と排気口は軸 (トラニオン) の取り付け部に通常組み込まれている。 しかしながら、首振り動作により制御できる分離したバルブも提供できる。 これによりタイミングを変化させて、膨張仕事 (expansive working) を可能にすることもでき、 例えば外輪船 PD クリッペン (Krippen) のエンジンがこうなっている。 もう一つの方法として、膨張仕事はウルフ複合エンジンで達成でき、同様にコンパクトに実現できる。 但し 2 段階の膨張が、単一シリンダー内の単一ピストンのいずれかで実施され、 すべてが一つのトランク・エンジンとして配置されなければならない。 (しかしながら、首振りエンジンはトランク・エンジンが提供するコンパクト性の利点を利用できない。 というのは、首振りエンジンのデザインはトランク・エンジンを含んでいるからである。) どちらの、膨張仕事の方法も単純性の利点を譲歩しているが、コンパクト性の利点は保持したままである。
首振りシリンダー・エンジンは (普通の固定式シリンダーと違い) バルブの接続で逆回転できない。 というのはバルブの接続がないからである。 エンジンの逆回転を達成するには、 蒸気の取り込み口と排気口の間の接続を逆にするか、 小さなエンジンの場合には、トラニオンの回転軸を移動することによって、 シリンダーの蒸気口が蒸気口ブロックの異なる組と揃うことになる。 後者の場合には固定された蒸気口ブロックには通常 3 つの蒸気口があり、 中央のものが蒸気の取り入れ口で、外側の 2 つが蒸気の排出用であり、 このうち 1 のみが与えられた時点で使用され、 これは走行方向に依存している。
海洋蒸気エンジン/首振りを参照。
単動作首振り水圧モーターは初期の水圧機械に使用され、 例えばビクトリア時代の土木工事の開発のために、 ウィリアム・アームストロングによって製造され、 とりわけドックや可動橋で使用された。
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おもちゃの蒸気エンジンの
可逆首振りシリンダー。 トラニオンはレバーの偏心器 でずらすことができる。 |
典型的な小さな固定
首振りシリンダー・エンジン |
ジョセフ・モーズリーがデザインした
海洋首振りエンジンのモデル。 トラニオンの上でシリンダーが 回転することが明白。蒸気は トラニオンを通過する。 |