いとしのCinderella（その１０）アトキンソン・エンジン

東京ガスのセールスマンからエネファームとエコウィルのことを聞かされて、ちょっぴり興味を持ったのが６月頃でした。そしてエコウィルについて「これは面白そう！」と思ったのは、桑畑の持ち主から「あれはホンダのエンジンが使われて、リンクが面白い動きをしている」と教えてもらったからです。彼は私の中学・高校の後輩で、なかなかの博識です。
調べるとエコウィルのエンジンはホンダ、ボイラーは長府製作所が作っていることが直ぐに分かりました。ホンダのエンジンの商品名はEXlink（Extended Expansion Linkage Engine)です。内燃機関の熱効率は「膨張比」で決まります。オットーサイクルでは圧縮比＝膨張比とならざるを得ませんが、このエンジンでは圧縮比＜膨張比を機構的に実現しています。開発のヒントとなったのはヴィクトリア期のエンジニアが発明したAtkinson Cycle Engine でした。ホンダのサイトにもアニメーションがありますが、以下の動画で詳しく説明してくれます。


大変興味深いですね。今では当時の特許を手軽に閲覧することが出来るようになりました。後の人が改良を加える前のエンジンはどの様に動くか大変興味が沸きました。

これが断面図ですが、実施形態からはどの様に動作するか良くわかりません。アトキンソンがこのエンジンのスケルトンを描いた図があったので、これを紙に出力して寸法を測って平面モデルを作成し、アニメーションを作ってみようと思いました。

仕掛かり仕事の練習を兼ねて作業をし、実働３時間で仕上げることが出来ました。画面の動画をキャプチャーしてaviを作成するのに使ったのはフリーのBB FlashBack Expressです。かなり使えますね。


このようなリンク機構をCinderellaで描く最大の利点は、この機構が為す運動が一義的に決定される決定機構かどうかが作業をしながら分かることです。このアトキンソンエンジンの場合は前の記事で書いた要素と対偶の条件

Ｅ　＝２ｎ＋４
Ｐ１＝３ｎ＋４

に当てはめてみると、ｎ＝１の場合になります。つまりＥ＝６、Ｐ１＝７ですね。

ホンダのサイトの当該ページではこの機関を「アトキンソンの第二号機関」と説明しています。では「アトキンソンの第一号機関」はどんな機関だったのでしょうか？この特許も見ることが出来ますが、複雑過ぎてあまり利用されなかったようです。しかしこれを作って動かす人もいて驚きです。



トヨタのプリウスのエンジンはアトキンソンサイクルを使っているいう記事もあります。でも私の見るところではバルブのタイミングを電子的に制御しているだけのようです。これなら機構的な改造をすることもありませんが、どちらが「エレガントな解答」でしょうか？プリウスではないと思ってしまいます。
発明者James Atkinson と同時代の数学者にAlfred Kempeがいます。彼の取り組んだ有名な問題が「４色問題」でした。この問題は前世紀にコンピュータを使って全ての場合を調べて解決されました。数学者は「カッコ悪い」とひそかに思っているでしょうね。もう一つKempeが取り組んだ問題は「全ての代数曲線はリンクの組み合わせで作図可能である」でした。この問題の解決はやっと今世紀（2002年）になってからです。ヴィクトリア期に提起された問題、発明された機械などを古臭いと思わずそこから新しい応用を見出したいと願っています。

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(8/4追記)アトキンソンサイクルの動きとオットーサイクルとの違いをより明らかにするために、コンロッドとHONDAの言う「トリゴナルリンク」を接合しているピンの軌跡(trajectory) を追加しました。


Cinderellaでは軌跡の追加もワンタッチです。

(8/6追記)ブログ村の[技術・工学]ランキングを見ていたらStrollさんの Iron AI に「quadric chain」 という記事を発見！リンク機構と直ぐに分かって、記事を読むと私と同じ本をお持ちのようで、似たソフト[GeoGebra]をお使いのようでした。今後は刺激しあってよい記事を書ければ素晴らしい。ブックマークにも加えました。宜しくお願いします。