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ヒットアンドミスエンジン、またはヒットアンドミスエンジンは、ガバナーによって一定の速度でのみ点火するように制御される定置式内燃機関の一種です。通常は4ストロークですが、2ストロークバージョンも製造されました。19世紀後半に考案され、1890年代から1940年代頃まで様々な企業によって製造されました。この名前は、これらのエンジンの速度制御に由来しています。設定速度以下で運転しているときのみ点火（「ヒット」）し、設定速度を超えると点火せずにサイクルします（「ミス」）。これは、「スロットルガバナー」方式の速度制御とは対照的です。エンジンが無負荷で運転されているときに発生する音は、エンジンが点火し、速度が低下するまで惰性で運転し、平均速度を維持するために再び点火する際に発生する独特の「シュッシュッ、ポップ、シューシュー、シューシュー、シューシュー、シュッシュッ、ポップ」という音です。このシュッシュッという音は、これらのエンジンの多くで使用されている大気圧吸気バルブによって発生します。
多くのエンジンメーカーは、ヒットアンドミスエンジンが最も多く使われていた時期、つまり1910年頃から1930年代初頭にかけて、より近代的な設計のエンジンに取って代わられるまで、ヒットアンドミスエンジンを製造していた。主なエンジンメーカーには、ランディーニ、ストーバー、ハーキュリーズ、インターナショナル・ハーベスター、マコーミック・ディアリング、ジョン・ディア、メイタグ、フェアバンクス・モースなどがあった。
カナダ大西洋沿岸諸州、特にニューファンドランド島では、これらのエンジンは俗に「メイク・アンド・ブレーカー」エンジンと呼ばれていた。主な用途は、伝統的な小型ボート型の作業船や漁船の動力源として使われていた。
ヒットアンドミスエンジンはフライホイールエンジンの一種です。[ 1 ]フライホイールエンジンとは、クランクシャフトに大型のフライホイールまたは複数のフライホイールが接続されたエンジンです。フライホイールは、駆動機械力を発生させないエンジンサイクル中にエンジンの回転速度を維持します。フライホイールは燃焼行程でエネルギーを蓄積し、ピストンの他の3つの行程で蓄積されたエネルギーを機械的負荷に供給します。これらのエンジンが設計された当時は、技術があまり進んでおらず、メーカーはすべての部品を非常に大きく作りました。一般的な6馬力（4.5kW ）のエンジンは、約1,000ポンド（450キログラム）の重さがあります。通常、すべての主要なエンジン部品の材料は鋳鉄でした。小さな機能部品は鋼鉄で作られ、公差に合わせて機械加工されました。[ 1 ]
ヒットアンドミスエンジンの燃料システムは、燃料タンク、燃料ライン、逆止弁、および燃料ミキサーで構成されています。燃料タンクには通常ガソリンが貯蔵されますが、多くのユーザーはガソリンでエンジンを始動した後、灯油やディーゼルなどのより安価な燃料に切り替えます。燃料ラインは燃料タンクとミキサーを接続します。燃料ラインには逆止弁があり、燃焼行程の間に燃料がタンクに逆流するのを防ぎます。ミキサーは、通常、オイルダンパー付きダッシュポットと連動して、重り付きまたはスプリング式のピストンに取り付けられたニードルバルブによって、適切な燃料と空気の混合気を作り出します。
ミキサーの動作はシンプルで、可動部品はニードルバルブ1つだけです。例外はありますが、ミキサーは燃料を容器などに貯蔵しません。燃料はミキサーに供給され、ベルヌーイの原理により、付属のニードルバルブの作用で重り付きピストンの下に形成されるベンチュリ管内で自動的に計量されます。この方式は、現在でもSUキャブレターで使用されています。
燃料混合気に点火するための火花は、スパークプラグまたは点火装置と呼ばれる装置によって生成されます。スパークプラグを使用する場合、火花はマグネトーまたは振動コイル（または「バズ」コイル）によって生成されます。バズコイルはバッテリー電源を使用して一連の高電圧パルスを生成し、それがスパークプラグに供給されます。点火装置による点火の場合、バッテリーとコイルを使用するか、「低電圧」マグネトーを使用します。バッテリーとコイルによる点火では、バッテリーがワイヤーコイルと点火装置の接点と直列に接続されます。点火装置の接点が閉じているとき（接点は燃焼室内にあります）、回路に電流が流れます。タイミング機構によって接点が開かれると、接点間に火花が発生し、混合気に点火します。低電圧マグネトー（実際には低電圧大電流発生器）を使用する場合、マグネトーの出力は点火装置に直接供給され、バッテリーとコイルの場合と同様に火花が生成されます。
非常に大型のものを除けば、潤滑はほぼ常に手動で行われていた。クランクシャフトのメインベアリングとコンロッドベアリングには、一般的にグリースカップ（グリースを入れた小さな容器で、ねじ込み式の蓋が付いている）が備えられている。
カバーをきつく締めると、グリースがカップの底からベアリングに押し出されます。初期のエンジンの中には、ベアリングの鋳造キャップに穴が開いているだけのものもあり、エンジンが作動している間、オペレーターがそこに潤滑油を注入します。ピストンは、ピストンにオイルを滴下し続けるドリップオイラーによって潤滑されます。ピストンから余分なオイルはシリンダーからエンジンに流れ出し、最終的には地面に流れます。ドリップオイラーは、エンジンの負荷に応じて潤滑の必要性に応じて滴下速度を速くしたり遅くしたり調整できます。エンジンのその他の可動部品はすべて、エンジンの運転中にオペレーターが定期的に塗布する必要のあるオイルによって潤滑されていました。
ほぼすべてのヒットアンドミス式エンジンは「オープンクランク」型、つまり密閉されたクランクケースがないタイプです。クランクシャフト、コネクティングロッド、カムシャフト、ギア、ガバナーなどはすべて完全に露出しており、エンジン作動中は動作している様子を見ることができます。そのため、エンジンからオイルやグリースが飛び散り、地面に流れ落ちるため、作業環境は汚れやすくなります。また、エンジンの可動部品すべてに汚れや埃が付着し、過度の摩耗や故障の原因となるという欠点もあります。したがって、エンジンを適切な動作状態に保つためには、頻繁な清掃が必要です。
ほとんどのヒットアンドミスエンジンの冷却は、開放型貯水槽内の水によるホッパー冷却方式です。小型および分数馬力エンジンのごく一部は、内蔵ファンによる空冷方式でした。水冷エンジンには貯水槽が内蔵されています（大型エンジンは通常貯水槽がなく、シリンダーのパイプ接続部を介して冷却水用の大型外部タンクに接続する必要があります）。貯水槽は、シリンダー周辺とシリンダーヘッド（ほとんどの場合）およびシリンダー上部に取り付けられた、または鋳造されたタンクを含みます。エンジンが作動すると、水が加熱されます。冷却は、水が蒸気となってエンジンから熱を奪うことで行われます。エンジンが一定時間負荷運転されると、貯水槽内の水が沸騰することがよくあります。失われた水は定期的に補充する必要があります。水冷設計の危険性は、寒冷地での凍結です。エンジンを使用していないときに水を抜くのを忘れたオペレーターが、水が凍結して鋳鉄製のエンジン部品を破損させ、多くのエンジンが損傷しました。しかし、ニューホランド社はV字型の貯水槽を特許取得しており、膨張した氷が貯水槽を破裂させるのではなく、より広い空間へと押し上げる仕組みになっていた。現在も使用されている多くのエンジンでは、ウォータージャケットの修理が頻繁に行われている。
これらは現代のエンジン設計に比べれば単純なエンジンでした。しかし、特定の部品の特許侵害を回避するために、いくつかの分野で革新的な設計が取り入れられています。これは特にガバナーに当てはまります。ガバナーには、遠心式、スイングアーム式、ピボットアーム式など、さまざまな種類があります。速度を制御するアクチュエータ機構も、既存の特許や使用されているガバナーによって異なります。たとえば、1895 年の米国特許 543,157 [ 2 ]や 1911 年の 980,658 [ 3 ]を参照してください。どのようなに優れたものであっても、ガバナーの役割はただ一つ、エンジンの速度を制御することです。現代のエンジンでは、ディーゼルエンジンとバルブトロニックガソリンエンジンを除いて、バタフライバルブによって吸気口を通る空気の流れを絞ることで出力が制御されます。
ヒットアンドミスエンジンの吸気バルブにはアクチュエータがなく、代わりに軽いスプリングが吸気バルブを閉じた状態に保持し、シリンダー内の負圧によってバルブが開くまで保持します。この負圧は、ピストンの下降行程中に排気バルブが閉じている場合にのみ発生します。ヒットアンドミスエンジンが設定速度を超えて運転されている場合、ガバナーは排気バルブを開いた状態に保持し、シリンダー内の負圧を防ぎ、吸気バルブを閉じた状態にすることで、オットーサイクルの燃焼機構を中断します。エンジンが設定速度以下で運転されている場合、ガバナーは排気バルブを閉じます。次の下降行程で、シリンダー内の負圧によって吸気バルブが開き、燃料と空気の混合気が流入します。この機構により、「ミス」サイクルの吸気行程中の燃料消費が防止されます。
ヒットアンドミスエンジンの仕組みに関するビデオ解説はこちらをご覧ください。
ヒットアンドミス式エンジンは、1～約100馬力（0.75～ 75kW）の出力を発生しました 。これらのエンジンは低速で回転し、通常、高出力エンジンで毎分250回転（rpm）、低出力エンジンで毎分600回転でした。耕作用ポンプ、木材切断用鋸、農村部での電力供給用発電機、農業機械、その他多くの定置型用途に使用されました。セメントミキサーに搭載されたものもありました。これらのエンジンは、初期の洗濯機にも使用されていました。農場では省力化装置として機能し、農家が以前よりもはるかに多くの作業をこなせるようにしました。
エンジンは通常、幅広の平ベルト（通常5～15cm ）で駆動装置に接続されていた。この平ベルトは、エンジンのプーリーによって駆動され、プーリーはフライホイールまたはクランクシャフトに取り付けられていた。プーリーは、中央から両端に向かってわずかにテーパー状になるように特別に作られており（空気圧が高すぎる自動車のタイヤのように）、プーリーの中央の直径がわずかに大きくなっていた。これにより、平ベルトはプーリーの中央に留まるようになっていた。
1930年代までには、より高性能なエンジンが普及した。フライホイールエンジンは、発生する出力に対して非常に重く、回転速度も非常に低かった。旧式のエンジンはメンテナンスの手間が多く、移動用途への組み込みも容易ではなかった。
1920年代後半、インターナショナル・ハーベスター社はすでにフライホイールエンジンの密閉型であるモデルMエンジンを製造していました。次の段階はモデルLAで、これは（バルブシステムを除いて）完全に密閉されたエンジンで、自己潤滑（クランクケース内のオイル）、信頼性の高いスパークプラグ点火、より高速な動作（約750～800 RPMまで）、そして以前の世代に比べて軽量化が特徴でした。1.5馬力（1.1 kW）のモデルLAの重量は約150ポンド（68 kg）でしたが、300～350ポンド（136～159 kg）の範囲にあるモデルM 1.5馬力エンジンよりはるかに軽量でした。その後、LAを少し改良したLBが製造されました。モデルM、LA、およびLBはスロットルガバナー式です。時が経つにつれて、より多くのエンジンメーカーが密閉型クランクケースエンジンに移行しました。ブリッグス＆ストラットンなどの企業も、0.5～2馬力（0.37～1.5kW）の軽量空冷エンジンを製造しており、はるかに軽量な材料を使用していた。これらのエンジンは回転速度もはるかに高く（約2,000～4,000rpm）、そのため、同じサイズであれば、低速のフライホイールエンジンよりも大きな出力を生み出すことができた。
フライホイールエンジンの生産は1940年代にほぼ終了しましたが、現代のフライホイールエンジンは、低速回転が望ましい用途、特に油田のポンプジャックなどの用途で現在も使用されています。現代のフライホイールエンジンは、密閉型クランクケースとより高度な素材を使用しているため、旧型に比べてメンテナンスが容易です。
第二次世界大戦中の鉄鋼産業の混乱で、何千台もの使われなくなったフライホイールエンジンが廃棄されたが、その多くは生き残り、愛好家によって再び稼働可能な状態に修復された。保存状態の良いヒットアンドミスエンジンは数多くあり、アンティークエンジン専門の展示会（アンティークトラクターも展示されることが多い）や、蒸気機関フェア、ビンテージカーラリー、郡のフェアなどの定置式エンジンコーナーで実際に稼働している様子を見ることができる。