カットオフ（蒸気機関）

蒸気エンジンでは、カットオフはピストンのストロークで入口バルブが閉じられるポイントです。蒸気機関車では、カットオフは逆転ギアによって制御されます。

入口バルブが閉じてボイラーからシリンダーへの蒸気の流入を止めるポイントは、蒸気エンジンの制御において重要な役割を果たします。バルブが閉じると、シリンダー内に閉じ込められた蒸気は断熱膨張します。膨張するにつれて蒸気圧は低下します。遅いカットオフでは、始動力を最大にするために、全蒸気圧がピストンをストローク全体にわたって動かします。しかし、ストロークの終わりにシリンダー内にまだ利用されていない圧力が残っているため、これはエンジン効率を犠牲にして達成されます。この状況では、蒸気は排出されてもまだかなりの圧力が残っているため、蒸気エンジン特有の「チャフチャフ」という音が発生します。早いカットオフでは熱力学的効率は高くなりますが、平均有効圧力が低くなるため、ピストンにかかる平均力が少なくなり、エンジンをより高速で稼働させるために使用されます。

カットオフは、4 つのバルブ イベントの 1 つです。早期カットオフは、残りのパワー ストロークで蒸気を膨張させて、より多くのエネルギーを生み出し、蒸気を節約することで、エンジンの効率を高めるために使用されます。これは、膨張動作として知られています。遅延カットオフは、効率を犠牲にしてシャフトに最大トルクを提供するために使用され、負荷がかかった状態でエンジンを始動するために使用されます。

カットオフは通常、ピストンのパワーストロークのパーセンテージとして表されます。ピストンがカットオフポイントでストロークの 4 分の 1 にある場合、カットオフは 25% と示されます。

小型の固定式蒸気エンジンは一般にカットオフ ポイントが固定されていますが、大型のエンジンでは、速度と出力は一般にカットオフを変更することで制御され、多くの場合、膨張弁またはトリップギアを使用した調速機制御によって制御されます。輸送用蒸気エンジンでは、広範囲にわたってカットオフを変更できることが望ましいです。蒸気機関車では、始動時および低速で高負荷のときは、ピストン ストロークのほとんどの間、シリンダーに適度な蒸気供給 (蒸気供給圧力を絞ることによって) が必要です。低圧は、列車を発進させるときに頻繁に発生する「ホイール スピン」を回避するために使用されます。列車が適度な速度に達した後、カットオフが低減され、より高いボイラー圧力がシリンダーに導入され、エンジン効率が大幅に向上します。たとえば、2 シリンダー機関車では、最大または「フル ギア」のカットオフは通常約 85% です。高速では、カットオフが大幅に低減される場合があります。ボートや船舶で使用される蒸気エンジンも通常は可変カットオフバルブギアを使用しますが、速度がレギュレーターによって制御される固定カットオフで動作するものもあります。

可変カットオフを提供することは、バルブギアの重要な機能です。

• 膨張弁
• オールドベス（ビームエンジン） - 初期のカットオフを採用した最初の蒸気エンジン

• アレン、セシル J. (1949)。『20 世紀の機関車の実践と性能』ケンブリッジ: W. ヘッファー アンド サンズ社。
• ベル、A. モートン (1950)。『機関車』第 1 巻 (第 7 版)。ロンドン: Virtue and Company Ltd.
• ヒルズ、リチャード L. (1989)。蒸気動力。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-45834-X。
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