バークエンジン

バークエンジンは、1920年代にラッセル・バークが2ストローク内燃機関を改良しようと試みたものであった。設計を完了し、いくつかの実用的なエンジンを製作したにもかかわらず、第二次世界大戦の勃発、試験結果の不足^[1]、妻の体調不良などが重なり、彼のエンジンが市場にうまく投入されることはなかった。この設計の主な利点は、可動部品が2つだけであること、軽量であること、1回転あたり2つの電力パルスがあること、燃料にオイルを混ぜる必要がないことであると主張されている。

バークエンジンは基本的に2ストローク設計で、水平に対向する1つのピストンアセンブリで、同時に同じ方向に動く2つのピストンを使用しているため、それらの動作は180度位相がずれています。ピストンは、より一般的なクランクシャフト機構の代わりにスコッチヨーク機構に接続されているため、ピストンの加速は完全に正弦波です。これにより、ピストンは従来のエンジンよりも上死点でより長い時間を過ごします。従来のクランクケースチャージ式2ストロークエンジンと同様に、流入したチャージはピストンの下のチャンバーで圧縮されます。コネクティングロッドシールは、燃料が下端の潤滑油を汚染するのを防ぎます。

動作サイクルは、クランクケース圧縮を備えた現在生産されているスパーク点火式2 ストロークと非常に似ていますが、次の 2 つの変更点があります。

1. 燃料は移送ポートを通過しながら空気中に直接噴射されます。
2. エンジンは、温まると火花点火を使用せずに作動するように設計されています。これは自動点火またはディーゼル化と呼ばれ、圧縮ガスの高温や燃焼室内の高温金属の存在により、空気と燃料の混合物が燃焼し始めます。

以下の設計上の特徴が特定されています。

• スコッチヨークと直線的にスライドするコネクティングロッド。
• 可動部品が少なく（対向シリンダー ペアあたり可動アセンブリは 2 つのみ）、対向シリンダーを組み合わせて 2、4、6、8、10、12 または任意の偶数シリンダーを作成できます。
• ピストンは、スリッパベアリング（流体力学的ティルティングパッド流体ベアリングの一種）を介してスコッチヨークに接続されています。
• 機械式燃料噴射。
• バルブではなくポート。
• 簡単な工具で簡単にメンテナンス（トップオーバーホール）できます。
• スコッチヨークはピストンに横方向の力を発生させないため、摩擦とピストンの摩耗が軽減されます。
• ジョイントを密閉するために、ガスケットではなくO リングが使用されます。
• スコッチヨークにより、ピストンは上死点でわずかに長く停止するため、燃料はより少ない量でより完全に燃焼します。

• 排気温度が低い（沸騰水より低い）ため、金属製の排気部品は不要です。排気システムに強度が必要ない場合は、プラスチック製の部品を使用できます。
• 15:1 ～ 24:1 の圧縮比で高効率を実現し、さまざまな燃料や動作要件に応じて簡単に変更できます。
• 燃料は移送ポートに噴射されると気化され、吸気マニホールド内の乱流とリング上部のピストン形状により、燃料と空気の混合気が燃焼室内に層状に分配されます。
• 効率を高め、排出量を削減するリーンバーン。

• この設計では、オイルシールを使用して、燃焼室からの汚染物質 (4 ストロークではピストン リングのブローバイによって、2 ストロークでは燃焼によって発生) がクランクケースオイルを汚染するのを防ぎ、リングにオイルが満たされた状態を保つためにオイルがゆっくりと使用されるため、オイルの寿命が延びます。オイルはゆっくりと使用されることが示されましたが、その作成者であるラッセル バークは、オイルの量と清潔さをチェックすることを推奨していました。
• ベース内の潤滑油は、コネクティングロッド上のオイルシールによって燃焼室の汚染から保護されます。
• ピストンリングには、下死点のシリンダー壁にある小さな供給穴からオイルが供給されます。

• 効率 は 0.25 (lb/h)/hp とされており、これは最高のディーゼルエンジンとほぼ同じで、^[2]最高の 2 ストロークエンジンの約 2 倍の効率です。^[3]これは熱力学的効率 55.4% に相当し、小型内燃機関としては非常に高い数値です。第三者が立ち会ったテストでは、実際の燃料消費量は 1.1 hp/(lb/hr) ^[4]または 0.9 (lb/hr)/hp で、これは 1920 年代の蒸気エンジンの典型的な熱力学的効率約 12.5% に相当します。^[5]バークの側近が製造した 30 立方インチの Vaux エンジンのテストでは、最大出力で 1.48 lb/(bhp hr)、または 0.7 (lb/hr)/hp の燃料消費量となりました。^[6]
• パワーウェイトレシオ- シルバーイーグルは45ポンドから25馬力、つまりパワーウェイトレシオは0.55馬力/ポンドと主張されていました。より大きな140立方インチエンジンは125ポンドから120馬力、つまり約1馬力/ポンドでした。モデルHは95ポンドの重量で60馬力を発揮すると主張されていたため、パワーウェイトレシオは0.63馬力/ポンドでした。30立方インチツインは、重量がわずか38ポンドで15000rpmで114馬力を発揮すると報告されており、これは驚異的な3馬力/ポンドです ^[7]。しかし、Vaux Enginesの30立方インチのレプリカは、大幅な再加工を行った後でも、4000rpmでわずか8.8馬力でした^[8] 。他の情報源は0.9 ^[9]から2.5馬力/ポンドと主張していますが、これらの高い数値を裏付ける独立した目撃テストは文書化されていません。この上限は、ここに示した最高の4ストローク量産エンジンの約2倍であり、^[10]グラウプナーG58 2ストロークよりも0.1 hp/lb優れています。^[11]下限は目立たず、2ストロークどころか量産4ストロークエンジンで簡単に上回ります。^[12]
• 排出ガス-公表された試験結果では炭化水素（80 ppm）や一酸化炭素（10 ppm未満）が実質的にゼロであったが、^[13]これらの結果では出力は示されておらず、NOxは測定されていない。
• 低排出ガス- このエンジンは、改造することなく水素またはあらゆる炭化水素燃料で作動し、排出ガスとして水蒸気と二酸化炭素のみを生成すると言われています。

バークエンジンには興味深い特徴がいくつかありますが、その性能に関する誇大な主張^[14]は実際のテストでは裏付けられそうにありません。主張の多くは矛盾しています。^[15]

1. エアコンプレッサー室とクランクケース間のシールとコネクティングロッド間のシール摩擦により効率が低下します。^[16]
2. 空気は2回圧縮・膨張されるが、ピストンストロークごとに1回の膨張でのみエネルギーが抽出されるため、ポンピング損失により効率は低下する。^{[17] [18]}
3. 急速な高温燃焼の結果として生じる高いピーク圧力に対処するためにエンジンを非常に強固に構築する必要があるため、エンジンの重量は高くなる可能性があります。^[19]
4. ボクサーエンジンとは異なり、2つのピストンが同時に同じ方向に動くため、各ピストンペアは非常に不均衡です。^[20]これにより、速度範囲が制限され、エンジンの出力が低下し、部品の大きな力に反応するために必要な強力な構造のためにエンジンの重量が増加します。^[21]
5. 高速2ストロークエンジンは、吸入した燃料の一部が燃焼せずに排気ガスとして排出されるため、4ストロークエンジンに比べて効率が悪い傾向があります。^[22]
6. 過剰な空気を使用すると、特定のエンジンサイズで利用できるトルクが減少します。^[23]
7. 排気ガスを小さなポートから急速に排出すると、さらなる効率低下を招くことになる。^[24]
8. 内燃機関をデトネーション状態で運転すると、衝撃波によって燃焼室壁に押し付けられた燃焼ガスから熱が失われるため、効率が低下します。^[25]
9. 排出量 - いくつかのテストでは、特定の状況下では排出量が低いことが示されていますが、これは必ずしもフルパワー時ではありません。掃気比（つまりエンジントルク）が増加すると、より多くのHCとCOが排出されます。^[26]
10. TDCでの滞留時間が長くなると、より多くの熱がシリンダー壁に伝達され、効率が低下します。^[27]
11. 自動点火モードでは、点火開始のタイミングは、火花点火エンジンやディーゼルエンジンのように直接制御されるのではなく、エンジンの動作状態によって制御されます。そのため、1つの動作条件に対して最適化することは可能ですが、エンジンが通常経験する広範囲のトルクと速度に対して最適化することはできません。その結果、効率が低下し、排出量が増加します。^[28]
12. 効率が高い場合、カルノー サイクルで要求されるように燃焼温度が高く、空気燃料混合気が希薄でなければなりません。燃焼温度が高く、混合気が希薄になると、二酸化窒素が生成されます。

ラッセル・バークは1939年にこのエンジンに関する英国とカナダの特許を取得した：GB514842 ^[29]とCA381959 ^{[30] 。}

彼は1939年に米国特許2,172,670も取得した^。[31]

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