何でも実習生の実習日誌

電子工作、模型スチームエンジン工作など、何でも工作が大好きです。
手持ちの工作機械は卓上ボール盤だけ、全て手作りです。

安定して動作するスチームエンジンを目指して

2015-04-29 16:26:00 | エンジン工作



2015/04/27(月曜日) 晴れ


さぁ、いよいよ今日から晴れて自由の身になった。
今まで気になっていたスチームエンジンの不具合を修理しよう。

実は、いろいろ新しい機構を取り入れて(実習生のレベルでです。念のため)工作した
水平型2気筒スチームエンジンが故障してしまった。

このエンジンは友人が動画サイトにアップした動画を見て、「なるほど、こういう
メカもあるのか!」と感心して早速真似をして作ったものだ。

ピストンバルブを駆動するエキセントリックのアームの上下方向の動きをリンク
機構を用いて左右方向の動きに変換してクランク軸に平行に動くようにしてある。

実習生が作るエンジンはほとんどの部品は手作りだ。
工作機械?と言えるものは安物のボール盤だけ・・・・・
その他はカナノコ、ヤスリ、金槌・・・・の類だけだ。
それでシリンダーやピストンは市販のパイプとか板材を板金工作して作っている。
そのため、どうしてもサイズは大きめになってしまい、特にピストンバルブは
細長くなって、鬼の角の様に飛び出してちょっと格好の悪いエンジンになってしまう。

これがリンク式を使えばピストンバルブを水平に置けるから都合が良い。

それにピストンをシリンダーに収めるとき、シリンダーとピストン駆動棒を平行に
置くことがうまく出来ず、つい隙間が大きくなってしまうという問題が出てしまう。
そこで、シリンダーの下死点側が開放の単動式を試してみたくなり、初めて工作して
みたエンジンだった。

こんな初めての機構を取り入れて作ったエンジンだから愛着もひとしおだが、何となく
動作が不安定で特に重い負荷を掛けたときにトラブルになることがある。
そしていつも片側のピストンが固まってしまう。

原因は多分、あれだろう・・・・・



↓ パワーチェック中に固まって動かなくなってしまった水平型2気筒スチームエンジン。 
   クランク軸はビクとも動かない。



その時の様子を動画でご覧ください。






↓ いつもこちら側のピストンが固まってしまう。



今から思えば、このエンジンを作った頃までの工作はちょっと問題があった。

シリンダーにはちょっと肉厚が厚めの(1.5mmとか2.0mmとか)の真鍮パイプを
使い、万力に咥えてカナノコでゴリゴリと無造作に切断していた。
そして切断面をヤスリでゴシゴシとこれもまた無造作に削って仕上げていた。
ピストンにするパイプも同様な工作で仕上げていたものだった。
そして下ごしらえした部材をこれまたロウ付けで真っ赤に加熱して組立てる。
これでは円形のパイプも相当歪んでしまうことだろう。


↓ カナノコで切断、ヤスリで仕上げた板金工作のシリンダーとフランジ。



↓ フランジとシリンダ下部が真っ赤になるロウ付けで固定する。



↓ 板金工作で作ったシリンダー。 きっと歪みが大きいのだろう・・・・



最近では、シリンダー容積を少なくするためにシリンダーの内側に別のパイプを填め込んで
口径を狭くすることも実験している。
考えてみればこれなら外側のパイプが歪んでいても内側のパイプが真丸なら問題はないはずだ。
ただし、内側のパイプを填め込むときに無理やり押し込んでは元も子もない・





外側と内側は密着固定しなくてはならないが、ここは半田付けでも大丈夫だろう。
普通半田なら200℃、高温半田では300℃ぐらいに加熱する必要があるが、
赤熱するよりはよっぽどましだろう。



↓ 実験機で組立難かったことや調整し難かったことを修正して新しい設計図を書いた。
ピストンの厚みは20mmにした。(今までは15mm) これで少しは漏れが防げるかも?
  そのため、ちょっと大型になってしまったが止むを得ない。



↓ シリンダーに嵌めるパイプを切り取った。 このパイプは直径13mm、内径12mmで肉厚は0.5mmだ。
   肉厚が0.5mmと薄いので目の細かいイトノコで切断できる。 支え棒を万力に咥えてそれでパイプを支え
   て、無理を掛けずに慎重に切断した。   




シリンダーの内側にパイプを填め込んだがパイプを無理やり押し込んだのでは
また歪が出るかもしれない。
そこでシリンダーの内側を削って内径を太くした。
ところがこれがなかなか難しい。
ヤスリで削ったのでは出口と入り口付近ばかり削れて中央付近は削れない。
リューター用の回転砥石で削ったがこれも適当な径の砥石がなくてうまくいかない。
あれこれ探していると、サンドペーパーを丸くしたヤスリが見つかった。
これをボール盤に咥えて、シリンダー内部を削った。


↓ シリンダーの内側に嵌めたパイプ。  本物のエンジンではライナーというらしい。(スリーブともいうらしい)




思えば、今までは無造作にカナノコでゴシゴシと切り取ったり万力に咥えて
ゴリゴリとヤスリで削ったりずいぶん滅茶苦茶な工作をしていたもんだ。

さぁて・・・シリンダーライナーを嵌めて、今度はうまくいくかな?  というわけで今日はここまで
 




コメント (2)
この記事をはてなブックマークに追加

単気筒エンジンのストロークを10mmにしてみたが・・・・・  - スチームエンジンの小排気量化  -

2015-04-22 16:45:33 | エンジン工作



2015/04/21(火曜日) 曇り



同じようなボアーとストロークの単動式スチームエンジンの4気筒、2気筒、単気筒を
比べてみたが、気筒数が少ない方が回転数(無負荷)も、パワー(発電電力)も大きい。

何でだろう?

気筒数の少ないエンジンほど動作中の蒸気圧(ボイラー圧力)が高くなっていく。

何でだろう?

うーん・・・って考えたってこんなボンクラ頭では解るはずがないが何だか排気量(総体的
なシリンダ容積)が少ない方がパワーがでるような感じだ。
ボイラーで発生させる蒸気量とエンジンが消費する蒸気量の関係かな?
まっ、試しにもっと排気量の小さいエンジンを作ってテストしてみよう。

と、いうわけで安直にストロークを短くして排気量を小さくする実験をしてみた。



↓ 現在の単気筒エンジンはストロークが15mmだから、それを10mmにしてみることにした。











↓ クランクアームの長さが5mm(これでピストンのストロークは10mmになるはず)のクランク軸。



↓ 今までのストローク15mm(上)とテスト用ストローク10mmのクランク軸を比べてみた。
  その差はほとんどわからない。



↓ クランク軸の交換。



↓ ストローク10mmのクランク軸に変えて無負荷回転テストをしてみた。



今までの単気筒エンジンはボアー12mm(1.2cm)、ストローク15mm(1.5cm)だから
シリンダ容積(排気量)は


  π × (1.2÷2)自乗 × 1.5 = 1.69 cc

それがストローク10mmになったんだから

  π × (1.2÷2)自乗 × 1.0 = 1.13 cc

排気量は約33%減少したことになるはず・・・(ほんとうかな?)   

これならすごい勢いで回ってくれるだろう、と期待してテストしてみたが・・・・

そのテストの様子を動画でご覧ください。





確かに圧力は高くなったようだ。
だけどエンジンの回転はあまりあがらない。
でも、圧力が高くなった分、ピストンを押す力は強くなったはずだ。
発電電力をチェックしてみた。
ところが、発電機を負荷にしたらエンジンは全然回らない。
1.5気圧がかかってやっと回り始めた。



その様子を動画でご覧ください。





圧力が高くなってピストンを押す力は強くなったはずだがストロークを短くするために
クランクアームの長さが短くなった分(-2.5mm)回転偶力(モーメント)が弱く
なったんだろう。  0.1Wの発電が精一杯だ。

この後、再び元のクランク軸(ストローク15mm)に戻してテストしたら無負荷回転数は
53回転/秒、1.2Wを発電してくれたからシリンダー・ピストンには問題はないと思う。
やっぱりこの単気筒エンジンはストロークは15mmが必要なんだ。

でもストローク10mmでも2気筒、4気筒なら性能が上がるかもしれない。
それも確認してみなくっちゃならない。
よーし、今度は4気筒エンジンのストロークを10mmにしてみよう。

そんなわけで今回のテストはこれまで・・・・・・


コメント (4)
この記事をはてなブックマークに追加

排気量(シリンダ容積)が一番小さなエンジンは単気筒だ・・・・

2015-04-20 18:46:10 | エンジン工作


2015/04/17(金曜日) 晴れ



パワーのあるエンジンを作るのに一番重要なことはシリンダーとピストンの間に
漏れが無くて且つスムーズに動くようにするということだ。
しかし、持っている工作機械?はボール盤だけ、というプアーな工作実習生にとっては
とても難しい作業だ。
ムク材を旋盤で削ってお互いにしっくり組み合わさるシリンダーとピストンを作るなんていう
高級なテクニックとは無縁で、有り合せの真鍮パイプを組合わせて実現するという方法しかない。
そんなわけで出来上がったシリンダーとピストンは隙間が大きくてスカスカのものばかりだ。
このスカスカを少しでも防止しようとしてこんなことを実行している。


↓ ピストンをなるべく厚く作って漏れ経路を長くして流れにくくする。
>




↓ 棒状ピストンにすれば厚さは一番厚くなる。  その実験用に作った単気筒エンジン。






↓ 棒状ピストン(プランジャー)でのテスト中。



厚めのピストンを使えば確かに漏れは少なくなる。
当初15mmの厚さのピストンを装着したスターリングエンジンは2、3分も運転を続けると
停止してしまったが30mmの厚さにしたら、10分でも20分でも回り続けるようになった
という経験からもピストンの厚みを大きくすることは有効であると思われる。
ただし、プランジャーをピストンにして実際のエンジンに使用するにはやっぱり問題がある。
工作もしにくい。
そこで厚みを25mmにした普通のピストンにしてみた。


↓ 12φアルミ丸棒で作ったプランジャーと12φ真鍮パイプで作った25mm厚のピストン。



↓ そのピストンを取り付けた単動式単気筒スチームエンジン。
   ボアー12mm ストローク15mm シリンダ容積 1.8ccの小排気量だ。




さて、前置きが長くなってしまったが、それでは本題に入ろう。
小型ボイラーとの組み合わせで先ず、無負荷回転テストをしてみた。
やっぱりこのエンジンは高速で回る。
シリンダー容積も少ない上に蒸気の漏れも少ないのかもしれない。





テストの様子を動画でご覧ください。





排気量1.8ccのこのエンジンは小型ボイラーで回しても3,000rpm以上の
高速で回転してくれた。

ではパワーはどんなものだろうか?
先ずはプーリー組合わせは5倍増速でテストしてみた。




ところがこの5倍増速では負荷がかかり過ぎてエンジンが回りきれない・・・・
その様子を動画でご覧ください。






このエンジンは3,200rpmで回転する「高速回転型」なんだから5倍もの
増速をする必要はないのではないか?
そこで増速比を2倍にしてテストしてみた。


↓ プーリーの組み合わせを変えてエンジン回転数を2倍にして発電機を回した。



その様子を動画でご覧ください。





このエンジンでは1.2Wの電力を発電することができた。
エンジン回転数は30回転/秒あまりだから発電機は60回転/秒で回っているはずだ。
エンジンの無負荷回転数は50回転ちょっとだからやっぱり増速は必要だろう。
増速比を変えてみればどんな結果になるんだろうか、面白そうだ。

でも、単気筒や2気筒では自己起動ができないからダメだな・・・・・
容積の小さなシリンダーで4気筒化する・・・・
とはいってもこれ以上細いシリンダーは実習生の工作レベルでは不可能だ。
ということはストロークを短くするしかないかも・・・・・・
そうなると回転偶力(トルク)が小さくなって逆効果かもしれないな・・・

まっ、いろいろ問題もありそうだけど、これが次の目標かな・・・・
というわけで今日の工作はここまで。
コメント
この記事をはてなブックマークに追加

排気量の大少でパワーが変化するのだろうか?  - スチームエンジン工作実習 -

2015-04-18 18:51:41 | エンジン工作


2015/04/16(木曜日) 晴れ


ボート搭載用のなるべく 小型(全て手作りなので「小型」はとても無理です。
そこで「なるべく」ということばをつけてます)パワーの出るエンジンを作ろうと、
日夜、努力を重ねているところだが、なかなか思うようにはいかない。
ま、小さなボイラーでは発生させる蒸気も少ないだろうから、気筒容積(排気量)の
小さなエンジンが似合うのかな? という感じで2気筒のエンジンを作ったことがある。
確かにこの2気筒エンジンは高速で回転してくれた。
ただ、小型ボイラーと組合わせてのテストはしたことがない。
そこで、今回その組み合わせでテストしてみた。


↓ このエンジンはボア13mm ストローク15mm 気筒容積1.99ccの2気筒でバルブ装置を横向きに
   取り付けるために「リンク方式」でピストン弁を駆動する方式を採用してみた。
   2気筒分の排気量は3.98ccで、4気筒エンジンの6.78ccの約半分の排気量だ。







小型ボイラーと組合わせて回してみたが確かに回転数は上がった。
その様子を動画でご覧ください。





圧力は1気圧を超えて回転数は35回転/秒(2,100rpm)に達するほどだ。
確かに小排気量のエンジンは良く回ってくれる。
しかし、パワーの方はどうなんだろうか?
パワーも測定してみた。






1.5気圧を超える圧力がかかって蒸気パイプにただ差し込んであったチューブが
吹き飛ばされてしまった。
そのとき噴出した蒸気の音にびっくりして思わずカメラをあらぬ方向に向けてしまった。
そこで今度はチューブをしっかり固定して外れないようにしてテストを再開したが
今度は途中でピストンとシリンダーが噛み合ってビクとも動かなくなってしまった。
これは分解して修理するしかない。
今日はもう時間がないから明日にしよう。 (ここだけの話ですが)あぁー疲れた・・・・

(お代官の前では“あぁー、疲れた・・・”は禁句です。 「自分の好きなことをやって
あぁー疲れた、はないでしょっ。」って言われるのが落ちですから(笑い))
コメント (2)
この記事をはてなブックマークに追加

V4スチームエンジンの再テスト

2015-04-17 19:13:30 | エンジン工作




2015/04/16(木曜日) 晴れ


今日は風もなくて暖かい。
こんな日ならボイラーも力強く蒸気を供給してくれるかも知れない。
先日のテストでは思うような結果が出なかったV4スチームエンジンをもう一度テストしてみよう。


↓ テストボードのプーリー位置やベルトの張りを念入りに調整した。



↓ ボイラーとガスボンベの加温装置(というほどでもない。 排気蒸気チューブをボンベに巻きつけるだけ)。
   だけど加温の効果は大きい。 ボンベがほとんど空になるまで、火力は落ちない。



↓ V4エンジンの取付。
   クランクケースで覆われていてクランクの動作は見えないが、凝水が飛び散るのは防げる。



↓ 直流発電機になる小型DCモータ。 定格6Vと書いてある。



↓ プーリーとベルト。 3x、4x、5xと増速比が変えられる。(調整は面倒ですが・・・)
   パワーチェックでは最高倍率の5xで発電機を回す。



↓ 計測器類。 何の役に立つかはわからないけど、一応の目安ぐらいにはなるかもしれない。




先ず、ベルトを外して無負荷状態で回転数を測ってみた。





最高回転数は29回転/秒ちょっと。
まぁまぁだろう。



次に発電機を回してその発生電力を調べてみた。







電流計の最大値は0.98アンペアを表示した。
発電機には1Ωの抵抗器が負荷として接続されている。
この場合の発生電力(消費電力)は P=I(A)xI(A)xR(Ω)となるが
Rは1Ωなので、電流計の値を二乗すれば発生電力を求めることができる。

0.98x0.98=0.96(W)

1Wには届かないがほぼ1Wといえるだろう。
平均的には0.9A程度しか流せないから大体0.8Wの出力というところだ。

だけど、この0.8Wがどのくらいの力なのかは皆目見当がつかない。
昔、学校で「1馬力は746(なんとよむ)W」って習ったけど、そうすると
0.8Wは   0.8÷746=0.001馬力 

おーっ、1/1000馬力だよぉー。

このエンジンを1,000個集めれば1馬力になる! 大したもんだ。
といっても1馬力がどれほどのものかも知らないのだから結局何もわからないことが
わかった、というわけだ。 なんのこっちゃ????




コメント (6)
この記事をはてなブックマークに追加