単動および複動シリンダー

機械工学では、往復動エンジンのシリンダーは、作動流体がピストンにどのように作用するかに応じて、単動式か複動式かで分類されることが多い。

往復動エンジンの単動シリンダーは、作動流体がピストンの片側のみに作用するシリンダーです。単動シリンダーは、負荷、スプリング、他のシリンダー、またはフライホイールの運動量を利用して、ピストンを反対方向に押し戻します。単動シリンダーは、ほとんどの種類の往復動エンジンに使用されています。内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど）ではほぼ普遍的であり、スターリングエンジンや一部の蒸気エンジンなどの多くの外燃機関でも使用されています。また、ポンプや水圧ラムにも使用されています。

複動シリンダーは、作動流体がピストンの両側で交互に作用するシリンダーです。複動シリンダーのピストンをクランクシャフトなどの外部機構に接続するには、シリンダーの一端にピストンロッド用の穴を開け、作動流体の漏れを防ぐためにグランドまたは「スタッフィングボックス」を取り付ける必要があります。複動シリンダーは蒸気エンジンでは一般的ですが、他の種類のエンジンでは珍しいです。多くの油圧シリンダーと空気圧シリンダーは、両方向に力を発生させる必要がある場合に複動シリンダーを使用します。複動油圧シリンダーには両端にポートがあり、ピストンの伸縮の両方に油圧流体が供給されます。複動シリンダーは、ピストンを引っ込めるための外力が利用できない場合や、移動の両方向に大きな力が必要な場合に使用されます。

蒸気エンジンは通常、複動シリンダーを使用します。ただし、大気圧エンジンや一部のビーム エンジンなどの初期の蒸気エンジンは単動式でした。これらのエンジンでは、一方向の張力のみが必要であったため、チェーンと「アーチ ヘッド」によってビームを通じて力を伝達することが多かったです。

これらが鉱山の坑道を汲み上げるために使用され、一方向の負荷に対してのみ動作する必要があったため、単動設計は長年使用され続けました。複動シリンダーへの主な推進力は、ジェームズ・ワットが出力軸を介して機械を駆動するために使用できる回転ビームエンジンを開発しようとしたときに生まれました。 ^{[1]単シリンダーエンジンと比較して、複動シリンダーはより滑らかな出力を提供しました。}リチャード・トレビシックによって開発された高圧エンジン^[i]は、複動ピストンを使用し、その後のほとんどの蒸気エンジンのモデルになりました。

後期の蒸気機関、特に高速蒸気機関では、新設計の単動ピストンが使用されました。クロスヘッドはピストンの一部となり、^{[ii]ピストンロッドはなくなりました。これは内燃機関の場合と同様の理由で、ピストンロッドとそのシールを回避することで、より効果的な}クランクケース潤滑システム が可能になったためです。

小型の模型やおもちゃでは、上記の理由だけでなく、製造コストを削減するためにも単動シリンダーがよく使用されます。

ウィキメディア・コモンズには、単動蒸気エンジンに関連するメディアがあります。

蒸気エンジンとは対照的に、ほぼすべての内燃機関は単動シリンダーを使用しています。

ピストンは通常トランクピストンで、コネクティングロッドのガジョンピンジョイントがピストン自体の中にあります。これによりクロスヘッド、ピストンロッド、およびそのシーリンググランドが回避されますが、単動ピストンがほぼ必須になります。これにより、潤滑油をピストンの底部に簡単にアクセスできるという利点があり、潤滑油には重要な冷却機能もあります。これにより、ピストンとリングの局所的な過熱が回避されます。

オートバイ用などの小型ガソリン2 ストローク エンジンでは、別個のスーパーチャージャーや掃気ブロワーではなく、クランクケースの圧縮を使用します。これは、ピストンの両側を作業面として使用し、ピストンの下側はピストン コンプレッサーとして機能して、吸入した空気を圧縮し、次のストロークに備えます。ピストンは、これらの面の 1 つだけが動力を生み出すため、依然として単動式と見なされます。

1860 年頃のLenoirのオリジナル エンジンなど、初期のガス エンジンの中には複動式で、設計は 蒸気エンジンに倣ったものもありました。

内燃機関はすぐに単動シリンダーに切り替わりました。これには2つの理由がありました。高速蒸気機関の場合、各ピストンとそのコネクティングロッドにかかる大きな力が非常に大きいため、ベアリングに大きな負担がかかりました。コネクティングロッドに沿って力が一貫して圧縮方向となる単動ピストンでは、ベアリングのクリアランスを狭くすることができました。^[2]次に、良好なガス流量を得るために大きなバルブ面積が必要であり、一方で良好な圧縮を提供するには燃焼室の容積を小さくする必要があるため、シリンダーヘッドの利用可能なスペースが独占されていました。レノアの蒸気機関由来のシリンダーはガソリンエンジンには不十分であったため、代わりにポペットバルブと単動トランクピストンをベースにした新しい設計が登場しました。

非常に大きなガスエンジンも高炉の送風エンジンとして製造され、非常に大きなシリンダーを 1 つまたは 2 つ備え、炉ガスの燃焼によって駆動されていました。これら、特にKörting 社が製造したものは、複動シリンダーを使用していました。ガスエンジンは、ガソリンエンジンや圧縮点火エンジンと比較して、充填物の圧縮をほとんどまたはまったく必要としないため、複動シリンダー設計は、狭く入り組んだ通路にもかかわらず、依然として適切でした。

それ以来、複動シリンダーは内燃機関にはあまり使用されなくなったが、バーマイスター＆ウェインは1930年以前に船舶推進用の2ストロークサイクル複動（2-SCDA）ディーゼルを製造していた。最初の7,000馬力のエンジンは、1929年にイギリスのMVアメリカ（ユナイテッドバルティック社）に搭載された。 ^{[3] [4] 1937年に}MV スターリングキャッスルに搭載された2台のB＆W SCDAエンジンは、それぞれ24,000馬力を生成した。

1935年、アメリカの潜水艦USSポンパノがパーチ級潜水艦の一部として発注された。^[iii] 6隻が建造され、3つの異なるメーカーによる3つの異なるディーゼルエンジン設計が搭載された。ポンパノにはHOR（フーヴェン・オーウェンス・レンシュラー）8気筒複動エンジンが搭載された。これは巡洋艦ライプツィヒのMAN補助エンジンのライセンス生産版であった。^[5]潜水艦内のスペースが限られていたため、対向ピストン式、またはこの場合は複動式エンジンの方がコンパクトであることが好まれた。ポンパノのエンジンは完全な故障で、メア・アイランド海軍工廠を出発する前、試験中に大破した。ポンパノは1938年まで8か月間保管され、その間にエンジンが交換された。^[5]それでもエンジンは不十分とみなされ、1942年にフェアバンクス・モースエンジンに交換された。 ^[5]ポンパノがまだ建造されている間に、サーモン級潜水艦が発注された。このうち3隻はエレクトリック・ボート社によって、HORエンジンの9気筒開発版を搭載して建造された。^[6]ポンパノのエンジンほど大きな失敗ではなかったものの、このバージョンもまだ問題が多く、後に姉妹艇と同じゼネラルモーターズ社製の単動式16-248 V16エンジンに換装された。^{[6]エレクトリック・ボート社が建造した他の}サーゴ級とシードラゴン級の潜水艦、およびガトー級の最初の数隻も、この9気筒HORエンジンを搭載していたが、後にエンジン換装された。^[7]

油圧シリンダーは、加圧された液体（通常はオイル）によって駆動される機械アクチュエータです。建設機械（エンジニアリング車両）、製造機械、土木工学など、さまざまな用途に使用されています。