クラウンカムを用いた新しいスチームエンジンの開発小松原研究室研究背景スチームエンジンの設計・製作大型船舶ではディーゼル主機関の排気ガスを利用する排気ガスエコノマイザにより低圧の蒸気を生成している．しかし，生成された蒸気のうち，余剰となった低圧の蒸気は捨てられている．余剰の低圧蒸気からエネルギー回収が行えれば，船舶の省エネルギー化に貢献できる．そこで，クラウンカムを用いた新しいスチームエンジンを考案した（図1）．スチームエンジンの性能評価を行うため，試作機を設計・製作する．設計仕様を表1に示す．製作したスチームエンジンの外観を図4に示す．本試作機の全長は約715[mm]，全高は約 440[mm]である． Table 1 Design specification of prototype steam engine Cylinder bore [mm] Stroke [mm] Stroke volume [cm3] Cylinder Charging equipment 40 60 56.5 3 Exhaust equipment Crown cam Fig.1 Prototype steam engine and roll-on/roll-off ship スチームエンジンの基本構造このスチームエンジンは，ピストンが往復直進運動を行う．ピストンの往復直進運動は，出力軸の取りつけられたクラウンカムを介して出力軸の回転運動に変換される（図2）．圧縮空気の供給は，スチームエンジン外部に取り付けられた吸排気装置から外部配管により行う．また，吸排気装置に設けられた給気バルブと排気バルブが出力軸の回転と共に開閉することにより，適切なタイミングで供給する．（図3）． Output shaft Piston rod Crown cam Roller Cylinder Piston rod Output shaft Piston rod Fig.4 Appearance of prototype steam engine スチームエンジンの性能試験結果供給圧力が約0.7[MPa]の圧縮空気を作動流体として試験を行った．図5に出力と回転速度の関係を示す．図5から今回の圧縮空気による試験で得られた最高出力は，回転速度が約196[min-1]のとき，図示出力が約841[W]で軸出力が約449[W]であった．機械効率は約53[％]であった． Indicated pwoer Cylinder Output power [W] Case Shaft power Mechanical loss 1200 Fig.2 Mechanism of prototype steam engine Charging Charging valve Charging port Pipe fitting ←A Charging shaft Cylinder P = 0.7MPa t = 7℃ 1000 800 600 400 200 0 Timing pulley Seal ring ←A A-A Internal piping Fig.3 Sectional view of charging equipment 0 50 100 150 200 250 300 Rotational speed [min-1] 350 Fig.5 Speed/power characteristic curve